活塞式气体流量装置的建立

一、气体活塞装置的特点

标准体积值准确:标准体积仅与活塞下降的距离及缸体直径有关，相关影响因素较少。

重复性好：从原理上看，其重复性仅与缸体面积的变化、光栅测量的重复性及密封圈的变形等因素有关，而这些影响因素均很小。

内压力大：可通过向缸内充以压缩空气的方法来实现对缸内平衡压力的调节，此装置的最高内压力可达到200kPa（表压100kPa)。

流量稳定：由于流量值为活塞运行速度与缸体横截面积的乘积，活塞由伺服电机带动，而伺服电机的转动速度易于调整和控制，因此在试验时，能够容易地使流量达到并稳定在设定流量点上。

压力稳定：对流量与压差存在正比关系的流量计，在试验过程中，靠流量与压差的自平横关系，可以在较短的时间内实现压力稳定。

二、 工作原理

1. 工作原理

如图所示，装置工作时活塞向下运动，将缸内气体通过管路、流量计排出。在活塞向下匀速运动时，气缸内的压力经过一个上升过程后逐步达到稳定值。认为气体在这个过程中温度、压力、体积不发生变化，由于缸 体内径已知， 可计算出活塞运行一定距离排出气体的体积值。以此作为标准体积流量，与流量计示值相比较，从而检测流量计。

2. 系统组成

活塞式气体流量装置主要由伺服电机、减速机构、滚珠丝杠、光栅、活塞缸、活塞、温度测量系统、压力测量系统、管路及进、出气阀门、计算机数据采集和控制系统等组成。

3. 体积流量计算方法

计算活塞下降排出的气体体积值： Vs = A * h (1)

式中： A——缸体面积，m2;
h——活塞有效下降高度，m;

认为气体在缸内的温度、压力不变，因此活塞排出的气体体积即为通过流量计的气体累积流量值。

即：Vp = V s (2)

通过流量计的气体瞬时体积流量为：qs = Vp / t （3）

式中： qs——标准装置给出的质量流量，kg/s;
t——试验时间，s;

三、 机械结构

活塞式气体流量装置的核心部分为活塞和缸体。正是活塞缸和活塞组成了缸体内的封闭空间为流量计量提供了准确的体积，工作时活塞在缸内沿着缸轴平移，在保证密封的前提下，活塞缸的内截面积与活塞移动距离的乘积即为装置给出的标准累 积流量。因此，装置的设计主要以保证活塞与活塞缸间的密封、活塞缸几何形状公差、尺寸公差指标为中心，结合国内机加工条件下的性能价格比等因素进行综合考虑。

装置的机械结构主要由缸体、活塞、行程测量系统、减速和丝杠系统、密封系统、底座和加强杆、进出气管路和阀门等组成。

1. 整体结构的平稳与合理

根据类似装置的结构和运行工作过程，活塞缸应垂直安放，这样有以下特点：

a 缸筒受力均匀，不易变形。
b 缸内密封用油如渗出发生积存现象，不会影响标准体积值。
c 活塞自重对缸内压力有一定的加强。
d 有利于活塞的平稳运行，不易产生低速下的爬行现象。
由于电机和传动系统位于活塞缸上面，为增加稳定性和系统刚性另加三根支杆，支杆上与托盘、下与底座连接。

2. 活塞缸

由设计流量进行缸内总体积计算，考虑活塞缸直径-高度比，将活塞缸的尺寸定为：Ф200mm× 800mm，其中缸筒上下100mm内为非工作区，加工时主要保证缸筒中间600mm内缸筒内园的不园柱度的形位公差。