一種活塞位移型液體流量校準(zhǔn)裝置

引言

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，流量測(cè)量技術(shù)得到了高速的發(fā)展，與之相應(yīng)的流量校準(zhǔn)技術(shù)也愈來(lái)愈被國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者和有關(guān)部門(mén)重視。

傳統(tǒng)的液體流量校準(zhǔn)方法有兩類(lèi)：其一是容積（時(shí)間）法；其二是質(zhì)量（時(shí)間）法。其中，容積法又分為靜態(tài)容積法和動(dòng)態(tài)容積法，質(zhì)量法又分為靜態(tài)質(zhì)量法和動(dòng)態(tài)質(zhì)量法。這四種方法雖在一定范圍內(nèi)能滿(mǎn)足流量校準(zhǔn)的要求，但由于技術(shù)發(fā)展水平的限制，卻存在不少明顯的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)主要是：

（1）裝置體積相對(duì)龐大，占用工作面積大，需要工作介質(zhì)多。
（2）不同程度的開(kāi)放型，是工作介質(zhì)容易揮發(fā)、蒸發(fā)和被污染等，既影響校準(zhǔn)準(zhǔn)確度，又使更換介質(zhì)的周期縮短。
（3）由于受本身結(jié)構(gòu)的限制，總準(zhǔn)確度很難再提高。
（4）用計(jì)算機(jī)控制比較困難。

九十年代初，美國(guó)推出了一種新型的液體流量校準(zhǔn)裝置，它基本上克服了上述傳統(tǒng)方法的四個(gè)主要缺點(diǎn)。該裝置采用“動(dòng)態(tài)位移——時(shí)間法”測(cè)量原理，其基本測(cè)量方法是基于容積和時(shí)間的測(cè)量，但又完全不同于上述的靜態(tài)容積法和動(dòng)態(tài)容積法。我們用了三年左右的時(shí)間按該原理研制成功了一套滑油流量校準(zhǔn)裝置，其主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到并超過(guò)了美國(guó)該裝置的技術(shù)指標(biāo)。

1 裝置工作原理

裝置工作原理如下：

電機(jī)勻速拖動(dòng)活塞把油從油缸中排出并通過(guò)被校流量計(jì)。如果在時(shí)間間隔t內(nèi)活塞移動(dòng)所排出的油的容積為V，則實(shí)際（標(biāo)準(zhǔn)）流量qs為：

把qs與被校流量計(jì)相應(yīng)的指示流量q相比較，即可確定被校流量計(jì)的誤差，從而達(dá)到校準(zhǔn)流量計(jì)的目的。

圖1中球柵尺用來(lái)測(cè)量活塞的位移量。電機(jī)控制單元用來(lái)接受計(jì)算機(jī)指令，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。P1、P2和T1、T2分別為兩支壓力和兩支溫度傳感器，其中P1 和T1用來(lái)測(cè)量油缸出口的油壓和油溫，P2 和T2用來(lái)測(cè)量被校流量計(jì)處的油壓和油溫，這四個(gè)量用來(lái)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)容積的壓力和溫度修正。由微機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)，并對(duì)測(cè)量值進(jìn)行分析計(jì)算，最后輸出校準(zhǔn)結(jié)果。

圖1中的活塞油缸結(jié)構(gòu)在形式上與活塞式體積管相似，但它們之間存在著本質(zhì)上的不同，具體如下：

（1）位移——時(shí)間法裝置校準(zhǔn)瞬時(shí)流量，活塞式體積管是校準(zhǔn)累積流量。

（2）l為位移量，A為油缸的環(huán)形內(nèi)截面積。由于油缸的加工保證了A為常數(shù)，故V的測(cè)量轉(zhuǎn)化為l的測(cè)量。位移——時(shí)間法裝置是動(dòng)態(tài)位移測(cè)量，而活塞式體積管是靜態(tài)位移測(cè)量。

（3）位移——時(shí)間法裝置要求活塞運(yùn)動(dòng)是勻速的，而活塞式體積管不要求運(yùn)動(dòng)是勻速的，甚至走走停停都行。

2 校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)

2．1主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

流量范圍：（0.1-10）m3/h
裝置不確定度：0.05%
裝置流量確定性：0.02%
溫度范圍：室溫-150℃

2．2機(jī)械主體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

活塞油缸系統(tǒng)是校準(zhǔn)裝置主體系統(tǒng)的核心。設(shè)計(jì)中主要考慮下述四點(diǎn)：

（1）按裝置總不確定度的要求計(jì)算分配給油缸與活塞桿的加工準(zhǔn)確度要求，即平行度和橢圓度要求。
（2）活塞、油缸、導(dǎo)軌、電機(jī)軸等之間的配合準(zhǔn)確度要求。
（3）設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮裝配時(shí)的便于調(diào)整。
（4）活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的密封性保障。

2．3硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)測(cè)控部分硬件結(jié)構(gòu)分為三個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、I/O通訊模塊、技術(shù)和邏輯控制模塊。這三個(gè)模塊均采用微機(jī)PC總線(xiàn)形式。

圖2 系統(tǒng)測(cè)控部分硬件結(jié)構(gòu)圖