活塞式气体流量装置的建立

① 缸体壁厚的确定

缸体的壁厚应能满足在正常工作条件下对缸体强度和刚性的要求。由缸体的径向和周向许用应力及应变来计算缸体的壁厚。得到缸体壁厚δ=8.6mm。因此，选择缸体壁厚为10mm。

② 缸体容积变形量计算

通过计算可以得到在最大工作压力0.2MPa下，缸体内容积变形量为0.0019%。因此最大压力下缸体容积变形的影响可以忽略。

③ 加工要求

为保证缸筒内表面与密封环间密封的可靠性并有效减小摩擦，对活塞缸筒内表面的不圆柱度和表面光洁度应有较高的要求。

3. 活塞与密封系统

① 活塞尺寸的确定

装置的工作过程是由活塞在活塞缸筒内沿轴向匀速运动完成的。在这个过程中需活塞运行平稳，即活塞在缸筒中运行时其相对于缸体轴线应始终保持垂直，不应有扭曲或晃动的现象发生。

活塞在缸体中的晃动不但会引起运行的不平稳，严重时还会发生活塞卡死的现象。

密封圈的压缩量为0.2mm，要保证活塞与活塞缸轴线的相对位置，在运动过程中变化小，应增加活塞厚度B，但如活塞厚度增加过多，又会增加装置的整体高度，在此选取B=120mm。

② 密封结构

在装置工作过程中缸内气体应只能通过出气口排除，因活塞与缸体存在着相对运动，因此必须有良好的密封结构使得活塞与活塞缸之间无泄漏。活塞上有三个密封环，在上两个密封环之间是密封油槽，油槽内的油通过定位导向杆连接到装置外面的油面指示器。指示器上装有光电测油位的报警器，当密封油泄漏时油面降低，当缸内气体进入到油槽内时油面升高或有气泡排出，油面变化超过警戒位置时或有气泡排出时报警器报警。

4. 伺服电机、减速机构、丝杠和导向杆

伺服电机、减速机构、滚珠丝杠使用一体化的成品。滚珠丝杠能提供良好的定位及运行平稳性，为保证活塞运行速度的平稳，需要电机、传动系统和滚珠丝杠有良好的稳定性，电机使用伺服电机，减速器为涡轮涡杆。

5. 基座、进排气管道和排污孔

基座底面为一锥面，最下端是排污孔，进出气管道的上沿均高于锥面，以防油或其他污物进入。底面上还有两个测温孔和一个测压孔。

进气管上装有两个密封性良好的球阀，两个球阀之间接有压缩空气进气口，当测量压力损失大于500Pa的流量计时可先使缸内压力达到预定值，以减少试验所需的平衡时间。进气管的前端装有气体过滤器，过滤器为60目和120目两层金属过滤网，以防灰尘进入缸内。排气管道上为一个球阀，并接有法兰连接口与被测流量计连接。底座下是一底板，底板上有三个底 脚水平调整螺钉，安装时调整缸体为垂直位置安放。

四、 电控

1. 硬件配置

电气控制柜主要由电气层、控制器层、计算机层、仪表层及驱动层五部分组成。电气层功能为：电源开关、电机断电；控制器层主要功能为：控制器电源开关、电机控制、手动转速信号等；计算机层用于放置计算机主机；仪表层用于放置温度计、压力计及光栅数显表；驱动层用于放置电机驱动器及直流电源等设备。

2. 软件配置

流量计检定程序是在VisiuaI Basic5.0下编写的测控软件，使用VB5.0自带的Access数据库。

五、 技术指标

1. 技术指标

流量范围：（0.009 ～0.6）m3/h
体积流量不确定度：U=0.05%,k=2
重复性：优于0.05%
缸内工作压力：绝压200kPa
工作温度：（10 ～30）℃
密封性：装置最大相对漏失量：0.005%/min

2. 功能

计算机采集数据：
缸内温度（10℃～ 30℃，± 0.01℃）
缸内压力（95KPa～200kPa，±10Pa）
流量计前温度（10℃～30℃， ±0.01℃）
活塞下降高度（0～600mm， ±0.005mm）
试验时间（30s～1800s，±0.001s）
脉冲信号输入（10Hz～10kHz，计数999999±1）
电流信号输入（0～10mA，4mA～20mA， ±0.001mA）
电压信号输入（0～5V±0.001V）
控制： 分为手动和自动：
自动：设置流量、行程或试验时间、试验次数、输入方式等参数后，按试验开始键后活塞运行，系统自动判断压力稳定后开始试验。中途可紧急停止，活塞碰到限位开关后停止。
手动：手动控制试验开始、结束，控制活塞运行等。
计算：缸内平均温度
活塞下降高度所代表的体积V
用状态方程换算到流量计前的体积V
进行相应的流量计性能计算
报表：自动生成检定记录表，并存入Access数据库中
报警：油位报警、碰上、下限限位开关电机停止。

六、结论

1 气体活塞式流量装置具有稳定性高、重复性好等优点，具有流量标准装置所需的功能。
2 气体活塞式流量装置的内压力最高可达200KPa，满足高压损流量计，特别是音速喷嘴的校准需要。
3 该装置产生流量的原理是恒流，然后靠流体本身的特性来达到恒压，因此流量点的调节易于控制。
4 相信该装置在流量量传体系中将起到重要作用，特别是在装置间的比对等方面具有优势。

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