钟形-重活塞式气体流量校准器研制*

陈赏顺　张　赟　金　岚　王函滔

(浙江省计量科学研究院，杭州 310013)

0　引言

钟形-重活塞式气体流量校准器是一种基于活塞式工作原理的高精度、宽量程新颖气体流量试验装置。可正负压工作，为低雷诺数临界流流量计、气体质量流量控制器、小口径浮子流量计、层流流量计等提供标准流量量值。

1　钟形活塞式气体流量校准器

钟形活塞式气体流量校准器(图1)用步进电机作动力，流量连续可调，相比传统的活塞可以从外部测量活塞的直径，大大降低了测量直径的不确定度，且可提供稳定的流量。活塞体采用外直径测量，体积可以做得比较大，上限流量较高，但同时降低了下限流量的可靠性。

图1　钟形活塞式气体流量校准器

2　柱形活塞式气体流量校准器

柱形活塞式气体流量校准器(图2)主要构件有机架、步进电机、流量控制器、流向指示器、精密丝杆组件、气缸、柱形活塞、泄漏检测器、计算机及控制软件等组成。双活塞校准器的最显著特点是试验过程流量稳定，气体无温升，可连续测量。柱形活塞采用圆柱体作为测量元件，采用外直径测量，其体积可以做得很小，常适用于微小流量的测量。检测原理与钟形活塞相同。

图2　柱形活塞式气体流量校准器

3　钟形-重活塞式气体流量校准器

钟形-重活塞式气体流量校准器(图3)是在钟形活塞式气体流量校准器的基础上，利用钟形活塞的中心轴，设计成柱形活塞。钟形活塞和柱形活塞分段使用，实现宽量程、高精度测量。

图3　钟形-重活塞式气体流量校准器

3.1　校准器机械机构组成

校准器机械结构构成主要有机架、气缸、钟形活塞、柱形活塞、电机和丝杆组件、试验管路、流向指示器。

3.2　校准器电控组成

校准器电控部分主要有光控信标、电磁阀、温度、压力及湿度传感器、单片机(下位机)、计算机(上位机)及系统软件组成。

3.3　校准器的工作原理

校准器负压工作时，气体经入气口气管，流向下气缸、被检流量计，从真空泵返回大气。设此时的指示流量为qm，当流量稳定后，点击计算机开始校验，步进电机以qm的速度(流量)，驱动丝杆旋转，丝杆旋转带动丝帽驱动活塞作平移运动，钟形活塞向下运动“挤”出气缸内气体，与此同时，活塞运动离开上气缸的空间由大气进入填补。计算机即时记录步进电机步长和速率、温度、压力、时间，按一定的数学模型计算给出标准体积流量。校验微小流量时选用柱形活塞，工作原理与钟形活塞相同。正压工作时，不使用真空泵，入气口改接高压气源即可，其余与负压工作原理相同。

4　钟形-重活塞式气体流量校准器主要特征

1)大活塞为钟形活塞结构，以外部直径作为体积标准，具有加工、测量容易等优点，利用钟形活塞的中心轴，设计成柱形活塞，用于测量微小流量，提高校准器精度和扩大流量测量范围。

2)双密封圈将气缸分为上缸和下缸，气管连通上下缸，使得工作时上缸与下缸气压平衡，有助于气密性和降低电机功率，使得缸内压力处于平衡状态，不易产生泄漏。

3)上缸和下缸之间通过阀V1和流向指示器，可进行预调流量、双向检测、实现不间断流，使校准器可以动态检定临界流流量计流出系数。流向指示器指示流量和流向，供计算机调控流量，以提高工作效率。

5　结束语

钟形-重活塞式气体流量校准器将钟形结构与柱形结构相结合，扩大了装置的测量范围，有效地提高了装置的测量能力。该装置可实现正负压工作，检测过程中不断流，尤其是能动态检定低雷诺数临界流流量计。

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