活塞式氣體流量裝置的建立

一、氣體活塞裝置的特點(diǎn)

標準體積值準確:標準體積僅與活塞下降的距離及缸體直徑有關(guān)，相關(guān)影響因素較少。

重復性好：從原理上看，其重復性?xún)H與缸體面積的變化、光柵測量的重復性及密封圈的變形等因素有關(guān)，而這些影響因素均很小。

內壓力大：可通過(guò)向缸內充以壓縮空氣的方法來(lái)實(shí)現對缸內平衡壓力的調節，此裝置的最高內壓力可達到200kPa（表壓100kPa)。

流量穩定：由于流量值為活塞運行速度與缸體橫截面積的乘積，活塞由伺服電機帶動(dòng)，而伺服電機的轉動(dòng)速度易于調整和控制，因此在試驗時(shí)，能夠容易地使流量達到并穩定在設定流量點(diǎn)上。

壓力穩定：對流量與壓差存在正比關(guān)系的流量計，在試驗過(guò)程中，靠流量與壓差的自平橫關(guān)系，可以在較短的時(shí)間內實(shí)現壓力穩定。

二、 工作原理

1. 工作原理

如圖所示，裝置工作時(shí)活塞向下運動(dòng)，將缸內氣體通過(guò)管路、流量計排出。在活塞向下勻速運動(dòng)時(shí)，氣缸內的壓力經(jīng)過(guò)一個(gè)上升過(guò)程后逐步達到穩定值。認為氣體在這個(gè)過(guò)程中溫度、壓力、體積不發(fā)生變化，由于缸 體內徑已知， 可計算出活塞運行一定距離排出氣體的體積值。以此作為標準體積流量，與流量計示值相比較，從而檢測流量計。

2. 系統組成

活塞式氣體流量裝置主要由伺服電機、減速機構、滾珠絲杠、光柵、活塞缸、活塞、溫度測量系統、壓力測量系統、管路及進(jìn)、出氣閥門(mén)、計算機數據采集和控制系統等組成。

3. 體積流量計算方法

計算活塞下降排出的氣體體積值： Vs = A * h (1)

式中： A——缸體面積，m2;
h——活塞有效下降高度，m;

認為氣體在缸內的溫度、壓力不變，因此活塞排出的氣體體積即為通過(guò)流量計的氣體累積流量值。

即：Vp = V s (2)

通過(guò)流量計的氣體瞬時(shí)體積流量為：qs = Vp / t （3）

式中： qs——標準裝置給出的質(zhì)量流量，kg/s;
t——試驗時(shí)間，s;

三、 機械結構

活塞式氣體流量裝置的核心部分為活塞和缸體。正是活塞缸和活塞組成了缸體內的封閉空間為流量計量提供了準確的體積，工作時(shí)活塞在缸內沿著(zhù)缸軸平移，在保證密封的前提下，活塞缸的內截面積與活塞移動(dòng)距離的乘積即為裝置給出的標準累 積流量。因此，裝置的設計主要以保證活塞與活塞缸間的密封、活塞缸幾何形狀公差、尺寸公差指標為中心，結合國內機加工條件下的性能價(jià)格比等因素進(jìn)行綜合考慮。

裝置的機械結構主要由缸體、活塞、行程測量系統、減速和絲杠系統、密封系統、底座和加強桿、進(jìn)出氣管路和閥門(mén)等組成。

1. 整體結構的平穩與合理

根據類(lèi)似裝置的結構和運行工作過(guò)程，活塞缸應垂直安放，這樣有以下特點(diǎn)：

a 缸筒受力均勻，不易變形。
b 缸內密封用油如滲出發(fā)生積存現象，不會(huì )影響標準體積值。
c 活塞自重對缸內壓力有一定的加強。
d 有利于活塞的平穩運行，不易產(chǎn)生低速下的爬行現象。
由于電機和傳動(dòng)系統位于活塞缸上面，為增加穩定性和系統剛性另加三根支桿，支桿上與托盤(pán)、下與底座連接。

2. 活塞缸

由設計流量進(jìn)行缸內總體積計算，考慮活塞缸直徑-高度比，將活塞缸的尺寸定為：Ф200mm× 800mm，其中缸筒上下100mm內為非工作區，加工時(shí)主要保證缸筒中間600mm內缸筒內園的不園柱度的形位公差。