活塞式氣體流量裝置的建立

一、氣體活塞裝置的特點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)體積值準(zhǔn)確:標(biāo)準(zhǔn)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(fù)性好：從原理上看，其重復(fù)性僅與缸體面積的變化、光柵測(cè)量的重復(fù)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(nèi)壓力大：可通過向缸內(nèi)充以壓縮空氣的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)缸內(nèi)平衡壓力的調(diào)節(jié)，此裝置的最高內(nèi)壓力可達(dá)到200kPa（表壓100kPa)。

流量穩(wěn)定：由于流量值為活塞運(yùn)行速度與缸體橫截面積的乘積，活塞由伺服電機(jī)帶動(dòng)，而伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度易于調(diào)整和控制，因此在試驗(yàn)時(shí)，能夠容易地使流量達(dá)到并穩(wěn)定在設(shè)定流量點(diǎn)上。

壓力穩(wěn)定：對(duì)流量與壓差存在正比關(guān)系的流量計(jì)，在試驗(yàn)過程中，靠流量與壓差的自平橫關(guān)系，可以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)壓力穩(wěn)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(yùn)動(dòng)，將缸內(nèi)氣體通過管路、流量計(jì)排出。在活塞向下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力經(jīng)過一個(gè)上升過程后逐步達(dá)到穩(wěn)定值。認(rèn)為氣體在這個(gè)過程中溫度、壓力、體積不發(fā)生變化，由于缸 體內(nèi)徑已知， 可計(jì)算出活塞運(yùn)行一定距離排出氣體的體積值。以此作為標(biāo)準(zhǔn)體積流量，與流量計(jì)示值相比較，從而檢測(cè)流量計(jì)。

2. 系統(tǒng)組成

活塞式氣體流量裝置主要由伺服電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠、光柵、活塞缸、活塞、溫度測(cè)量系統(tǒng)、壓力測(cè)量系統(tǒng)、管路及進(jìn)、出氣閥門、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)等組成。

3. 體積流量計(jì)算方法

計(jì)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(rèn)為氣體在缸內(nèi)的溫度、壓力不變，因此活塞排出的氣體體積即為通過流量計(jì)的氣體累積流量值。

即：Vp = V s (2)

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

式中： qs——標(biāo)準(zhǔn)裝置給出的質(zhì)量流量，kg/s;
t——試驗(yàn)時(shí)間，s;

三、 機(jī)械結(jié)構(gòu)

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(nèi)的封閉空間為流量計(jì)量提供了準(zhǔn)確的體積，工作時(shí)活塞在缸內(nèi)沿著缸軸平移，在保證密封的前提下，活塞缸的內(nèi)截面積與活塞移動(dòng)距離的乘積即為裝置給出的標(biāo)準(zhǔn)累 積流量。因此，裝置的設(shè)計(jì)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(biāo)為中心，結(jié)合國(guó)內(nèi)機(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)主要由缸體、活塞、行程測(cè)量系統(tǒng)、減速和絲杠系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、底座和加強(qiáng)桿、進(jìn)出氣管路和閥門等組成。

1. 整體結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)與合理

根據(jù)類似裝置的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工作過程，活塞缸應(yīng)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(nèi)密封用油如滲出發(fā)生積存現(xiàn)象，不會(huì)影響標(biāo)準(zhǔn)體積值。
c 活塞自重對(duì)缸內(nèi)壓力有一定的加強(qiáng)。
d 有利于活塞的平穩(wěn)運(yùn)行，不易產(chǎn)生低速下的爬行現(xiàn)象。
由于電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)位于活塞缸上面，為增加穩(wěn)定性和系統(tǒng)剛性另加三根支桿，支桿上與托盤、下與底座連接。

2. 活塞缸

由設(shè)計(jì)流量進(jìn)行缸內(nèi)總體積計(jì)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(nèi)為非工作區(qū)，加工時(shí)主要保證缸筒中間600mm內(nèi)缸筒內(nèi)園的不園柱度的形位公差。