高精度pVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于氣體計(jì)量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高精度PVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0002]pVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是間接測(cè)量氣體質(zhì)量流量的標(biāo)準(zhǔn)裝置。其原理為:裝置在某一時(shí)間間隔t內(nèi)，氣體進(jìn)入或者排出容積為V的標(biāo)準(zhǔn)容器，根據(jù)進(jìn)氣前后標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力P和熱力學(xué)溫度T的變化，計(jì)算出檢測(cè)過(guò)程中氣體質(zhì)量流量。pVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測(cè)前先用真空栗將標(biāo)準(zhǔn)容器抽成真空，此過(guò)程相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)容器對(duì)外做功，容器內(nèi)溫度降低，且容器內(nèi)溫度不平衡(抽氣管處溫度較低)，此時(shí)插入標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)的溫度傳感器不能真實(shí)反映罐內(nèi)溫度，通常情況下抽真空后標(biāo)準(zhǔn)容器要在恒溫環(huán)境穩(wěn)定數(shù)小時(shí)，待標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)溫度平衡后才能準(zhǔn)確測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)的溫度。同理，標(biāo)準(zhǔn)容器充氣后也需要數(shù)小時(shí)的等待時(shí)間。這大大的降低了 PVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的檢測(cè)效率。充氣前噴嘴中無(wú)流量通過(guò)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)容器和噴嘴之間的閥打開時(shí)，噴嘴前后背壓比突然變化，流速?gòu)牧阃蝗簧疆?dāng)?shù)匾羲?，影響檢測(cè)精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型就是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種檢測(cè)效率高且精度高的高精度pVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。
[0004]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，高精度pVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)容器、五路切換控制閥和控制系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)設(shè)數(shù)字壓力計(jì)和溫度傳感器，標(biāo)準(zhǔn)容器表面設(shè)有抽真空管路、數(shù)字壓力計(jì)接口、溫度傳感器接口、排污孔和檢測(cè)噴嘴管路，其特征在于:所述五路切換控制閥由兩個(gè)三通氣動(dòng)閥構(gòu)成，兩個(gè)三通氣動(dòng)閥均有一個(gè)接口作為連接口，兩個(gè)三通氣動(dòng)閥的連接口相互連通，五路切換控制閥的其余四個(gè)接口分別連接真空栗、音速噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)容器的抽真空管路和檢測(cè)噴嘴管路。
[0005]作為一種優(yōu)選方案，在兩個(gè)三通氣動(dòng)閥相連的連接口中部設(shè)有排空管路。
[0006]作為另一種優(yōu)選方案，所述的標(biāo)準(zhǔn)容器由兩個(gè)相連的柱狀容器構(gòu)成；兩個(gè)柱狀容器中部及兩端連接構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)容器，增大了標(biāo)準(zhǔn)容器與恒溫水浴的接觸面積，有利于增加標(biāo)準(zhǔn)容器與恒溫水浴之間的換熱速度；進(jìn)一步地，所述的標(biāo)準(zhǔn)容器體積為110L，兩個(gè)柱狀容器的長(zhǎng)度均為1600mm、直徑均為DN200。
[0007]作為又一種優(yōu)選方案，在五路切換控制閥中與音速噴嘴相連的三通氣動(dòng)閥上方設(shè)有光電開關(guān)；當(dāng)此三通氣動(dòng)閥動(dòng)作時(shí)，氣缸上下運(yùn)動(dòng)光電開關(guān)檢測(cè)到氣缸運(yùn)動(dòng)即向計(jì)時(shí)器發(fā)出信號(hào)，計(jì)時(shí)器開始記錄檢測(cè)時(shí)間t。
[0008]作為又一種優(yōu)選方案，與音速噴嘴相對(duì)應(yīng)地設(shè)有氣動(dòng)夾表器，所述氣動(dòng)夾表器設(shè)置于音速噴嘴下方。氣孔夾表器采用倒立式安裝方式，便于夾表，而且可以避免灰塵落入，污染標(biāo)準(zhǔn)容器。
[0009]作為又一種優(yōu)選方案，所述的溫度傳感器為精密鉑電阻傳感器。
[0010]作為又一種優(yōu)選方案，所述的控制系統(tǒng)為以PLC為核心的控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)輸出端口連接PLC的編程口，PLC的I/O輸出端控制真空栗的電源和五路切換控制閥的兩個(gè)三通氣動(dòng)閥的開關(guān)閥，音速噴嘴端部前側(cè)設(shè)置檢測(cè)管路，檢測(cè)管路內(nèi)設(shè)精密鉑電阻傳感器，精密鉑電阻傳感器通過(guò)變送器連接PLC的輸入端口，標(biāo)準(zhǔn)容器上設(shè)置的兩個(gè)精密鉑電阻傳感器通過(guò)數(shù)字表將模擬信號(hào)數(shù)字化后通過(guò)數(shù)字接口輸入計(jì)算機(jī)；標(biāo)準(zhǔn)容器上設(shè)置的壓力傳感器通過(guò)數(shù)字壓力計(jì)將壓力模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后經(jīng)數(shù)字接口傳入計(jì)算機(jī)；光電開關(guān)輸出信號(hào)至計(jì)時(shí)器及PLC的I/O輸入端，計(jì)時(shí)器信號(hào)輸出端連接PLC輸入端口。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，所述的標(biāo)準(zhǔn)容器置于單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴內(nèi)；所述的單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴，其裝置主體包括有恒溫水浴槽體、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、槽液循環(huán)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)，其特征在于恒溫水浴槽體內(nèi)設(shè)置的恒溫區(qū)域?yàn)閱蝹?cè)斷層溢流式循環(huán)方式結(jié)構(gòu)，其中:整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)水經(jīng)過(guò)制冷系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)后由槽液循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)給水管注入到恒溫區(qū)域的緩沖區(qū)；在恒溫區(qū)域的緩沖區(qū)與恒溫區(qū)域之間放置有一個(gè)多孔出水孔板，保證緩沖區(qū)內(nèi)的水自下而上均勻的進(jìn)入恒溫區(qū)域與之進(jìn)行熱交換；在恒溫區(qū)域的一端設(shè)置有一個(gè)單側(cè)溢流式擋水板，恒溫水浴中漫過(guò)該單側(cè)溢流式擋水板的那部分水流入待控溫區(qū)，再由循環(huán)栗吸入控溫模塊，注入恒溫水浴緩沖區(qū)，完成循環(huán)。
[0012]所述的給水管為一端進(jìn)水，一端封堵上的PVC管，直徑25mm，在水浴內(nèi)長(zhǎng)1800mm，每間隔10mm設(shè)置有一個(gè)出水孔，由于每個(gè)孔都存在壓降，為了保證每個(gè)孔出水量相等，所述出水孔徑加工成漸變大小，每個(gè)孔的出水量為0.56L/min。上述設(shè)計(jì)保證了恒溫水均勻的進(jìn)入恒溫區(qū)域的緩沖區(qū)。
[0013]電氣控制系統(tǒng)采用P I D調(diào)節(jié)控制，溫度穩(wěn)定性好，控溫精度高。由制冷機(jī)持續(xù)提供相對(duì)恒定的冷量，再由溫度控制器，采用PID控制加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱補(bǔ)償，從而將水溫恒定在要求的溫度范圍內(nèi)。在恒溫水浴與緩沖區(qū)之間的多孔出水孔板(底面)上方設(shè)置一只精度為±0.05°C的鉑電阻溫度計(jì)，通過(guò)該鉑電阻溫度計(jì)，測(cè)量恒溫槽水的溫度，溫度控制器根據(jù)設(shè)定的溫度，對(duì)固態(tài)繼電器進(jìn)行觸發(fā)，來(lái)控制固態(tài)繼電器負(fù)載端的通斷，從而調(diào)節(jié)加熱制冷裝置的加熱量，達(dá)到恒溫的目的。
[0014]所述的單側(cè)斷層溢流式循環(huán)方式是指:在恒溫水浴一端設(shè)置一個(gè)高度固定的單側(cè)斷層溢流擋板，循環(huán)水通過(guò)制冷加熱系統(tǒng)控溫，由循環(huán)栗注入恒溫水浴緩沖區(qū)，經(jīng)過(guò)多空孔板不斷流入恒溫區(qū)域，漫過(guò)溢流擋板的水流入待控溫區(qū)，再被循環(huán)栗吸入控溫系統(tǒng)，完成循環(huán)。
[0015]通過(guò)單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴提供大尺寸、高均勻性，低波動(dòng)性的穩(wěn)定溫場(chǎng)，將PVTt裝置的標(biāo)準(zhǔn)容器置于其中，保證了標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)氣體抽真空后平衡時(shí)間不超過(guò)6min，檢測(cè)效率高。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果。
[0017]本實(shí)用新型標(biāo)準(zhǔn)容器、噴嘴和真空栗之間采用五路切換控制閥連接，檢測(cè)時(shí)首先將標(biāo)準(zhǔn)容器抽成真空，然后通過(guò)五路切換控制閥使真空栗與音速噴嘴相連，用真空栗抽音速噴嘴，然后通過(guò)五路切換控制閥使音速噴嘴與標(biāo)準(zhǔn)容器相連通，這樣檢定之前使音速噴嘴流量達(dá)到臨界狀態(tài)的流量，保證了噴嘴檢測(cè)中閥動(dòng)作切換時(shí)，有效避免流過(guò)噴嘴的流量“突變”帶來(lái)的影響，提高了檢測(cè)效率。經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院檢定，裝置擴(kuò)展不確定度為0.05% (k=2)，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)外技術(shù)機(jī)構(gòu)同類裝置的最高水平?？砷_展臨界流音速噴嘴的檢測(cè)。
[0018]另外，本實(shí)用新型單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴，采用自下而上單側(cè)溢流的循環(huán)方式，通過(guò)固定結(jié)構(gòu)而非外加攪拌系統(tǒng)，降低了裝置能耗。漸變多孔入水管和多孔孔板的設(shè)計(jì)，使恒溫水均勻流入恒溫水浴的整個(gè)區(qū)域，保證了恒溫水浴良好的溫度均勻性。采用持續(xù)制冷電動(dòng)加熱PID調(diào)節(jié)控制方法，保證了系統(tǒng)溫度控制的閉環(huán)反饋，快速準(zhǔn)確的控制水浴溫度，保證了恒溫水浴良好的溫度波動(dòng)性。通過(guò)單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴提供大尺寸、高均勻性，低波動(dòng)性的穩(wěn)定溫場(chǎng)，將PVTt裝置的標(biāo)準(zhǔn)容器置于其中，保證了標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)氣體抽真空后平衡時(shí)間不超過(guò)6min，檢測(cè)效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型標(biāo)準(zhǔn)容器示意圖。
[0020]圖2是本實(shí)用新型五路切換控制閥結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本實(shí)用新型標(biāo)準(zhǔn)容器與單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴組合結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴控制基本電路的示意圖。
[0024]圖6為單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴給水管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖7是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中，I為抽真空管路、2為數(shù)字壓力計(jì)接口、3為溫度傳感器接口、4為標(biāo)準(zhǔn)容器、5為排污孔、6為檢測(cè)噴嘴管路、7為排空管路、8為第一接口、9為第二接口、10為第三接口、11為第四接口、12為單側(cè)斷層溢流式恒溫水浴、13為液面、14為支撐梁、15為恒溫水浴槽體、16為待控溫區(qū)、17為單側(cè)溢流式擋水板、18為多孔出水孔板、19為給水管、20為鉑電阻溫度計(jì)、21為溫度控制器、22為固態(tài)繼電器、23為加熱制冷裝置、24為出水孔、25為第二三通氣動(dòng)閥、26為第一三通氣動(dòng)閥、27為五路切換控制閥、28為音速噴嘴、29為檢測(cè)管路、30為鉑電阻溫度計(jì)、31為真空栗、32為光電開關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]—種高精度pVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)容器4、五路切換控制閥27和控制系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)容器4內(nèi)設(shè)數(shù)字壓力計(jì)和溫度傳感器，標(biāo)準(zhǔn)容器表面設(shè)有抽真空管路1、數(shù)字壓力計(jì)接口 2、溫度傳感器接口 3、排污孔5和檢測(cè)噴嘴管路6，數(shù)字壓力計(jì)接口 2連接數(shù)字壓力計(jì)、溫度傳感器接口 3連接溫度傳感器，所述的溫度傳感器為精密鉑電阻傳感器；所述五路切換控制閥27由兩個(gè)三通氣動(dòng)閥構(gòu)成，所述的兩個(gè)三通氣動(dòng)閥分別為第一三通氣動(dòng)閥26和第二三通氣動(dòng)閥25，所述第一三通氣動(dòng)閥26和第二三通氣動(dòng)閥25均具有一個(gè)連接口，兩個(gè)三通氣動(dòng)閥之間通過(guò)所述連接口相互連接；除所述連接口外，所述第一三通氣動(dòng)閥26的上部接口為第一接口 8、下部接口為第二接口 9，第二三通氣動(dòng)閥25的上部接口為第三接口 10、下部接口為第四接口 11，在兩個(gè)相互連接的連接口之間設(shè)有排空管路7 ;標(biāo)準(zhǔn)容器4的抽真空管路I連接五路切換控制閥27的第一接口 8，標(biāo)準(zhǔn)容器4的檢測(cè)噴嘴管路6連接五路切換控制閥27的第三接口 10 ;五路切換控制閥27的第二接口 9連接真空栗31，五路切換氣動(dòng)閥27