高精度pVTt法氣體流量標準裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體計量測試技術領域，尤其是涉及一種高精度pVTt法氣體流量標準裝置的改進。
【背景技術】
[0002]PVTt法氣體流量標準裝置是間接測量氣體質量流量的標準裝置。其原理為:裝置在某一時間間隔t內，氣體進入或者排出容積為V的標準容器，根據(jù)進氣前后標準容器內氣體的絕對壓力P和熱力學溫度T的變化，計算出檢測過程中氣體質量流量。pVTt法氣體流量標準裝置檢測前先用真空栗將標準容器抽成真空，此過程相當于標準容器對外做功，容器內溫度降低，且容器內溫度不平衡(抽氣管處溫度較低)，此時插入標準容器內的溫度傳感器不能真實反映罐內溫度，通常情況下抽真空后標準容器要在恒溫環(huán)境穩(wěn)定數(shù)小時，待標準容器內溫度平衡后才能準確測量標準容器內的溫度。同理，標準容器充氣后也需要數(shù)小時的等待時間。這大大的降低了 PVTt法氣體流量標準裝置的檢測效率。充氣前噴嘴中無流量通過，當標準容器和噴嘴之間的閥打開時，噴嘴前后背壓比突然變化，流速從零突然升到當?shù)匾羲?，影響檢測精度。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種檢測效率高且精度高的高精度pVTt法氣體流量標準裝置。
[0004]為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案，高精度pVTt法氣體流量標準裝置，包括標準容器、五路切換控制閥和控制系統(tǒng)，標準容器內設數(shù)字壓力計和溫度傳感器，標準容器表面設有抽真空管路、數(shù)字壓力計接口、溫度傳感器接口、排污孔和檢測噴嘴管路，其特征在于:所述五路切換控制閥由兩個三通氣動閥構成，兩個三通氣動閥均有一個接口作為連接口，兩個三通氣動閥的連接口相互連通，五路切換控制閥的其余四個接口分別連接真空栗、音速噴嘴、標準容器的抽真空管路和檢測噴嘴管路。
[0005]作為一種優(yōu)選方案，在兩個三通氣動閥相連的連接口中部設有排空管路。
[0006]作為另一種優(yōu)選方案，所述的標準容器由兩個相連的柱狀容器構成；兩個柱狀容器中部及兩端連接構成標準容器，增大了標準容器與恒溫水浴的接觸面積，有利于增加標準容器與恒溫水浴之間的換熱速度；進一步地，所述的標準容器體積為110L，兩個柱狀容器的長度均為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閥上方設有光電開關；當此三通氣動閥動作時，氣缸上下運動光電開關檢測到氣缸運動即向計時器發(fā)出信號，計時器開始記錄檢測時間t。
[0008]作為又一種優(yōu)選方案，與音速噴嘴相對應地設有氣動夾表器，所述氣動夾表器設置于音速噴嘴下方。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，污染標準容器。
[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)，計算機輸出端口連接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三通氣動閥的開關閥，音速噴嘴端部前側設置檢測管路，檢測管路內設精密鉑電阻傳感器，精密鉑電阻傳感器通過變送器連接PLC的輸入端口，標準容器上設置的兩個精密鉑電阻傳感器通過數(shù)字表將模擬信號數(shù)字化后通過數(shù)字接口輸入計算機；標準容器上設置的壓力傳感器通過數(shù)字壓力計將壓力模擬信號轉換成數(shù)字信號后經(jīng)數(shù)字接口傳入計算機；光電開關輸出信號至計時器及PLC的I/O輸入端，計時器信號輸出端連接PLC輸入端口。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，所述的標準容器置于單側斷層溢流式恒溫水浴內；所述的單側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設置的恒溫區(qū)域為單側斷層溢流式循環(huán)方式結構，其中:整個系統(tǒng)的循環(huán)水經(jīng)過制冷系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)后由槽液循環(huán)系統(tǒng)通過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)域之間放置有一個多孔出水孔板，保證緩沖區(qū)內的水自下而上均勻的進入恒溫區(qū)域與之進行熱交換；在恒溫區(qū)域的一端設置有一個單側溢流式擋水板，恒溫水浴中漫過該單側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水，一端封堵上的PVC管，直徑25mm，在水浴內長1800mm，每間隔10mm設置有一個出水孔，由于每個孔都存在壓降，為了保證每個孔出水量相等，所述出水孔徑加工成漸變大小，每個孔的出水量為0.56L/min。上述設計保證了恒溫水均勻的進入恒溫區(qū)域的緩沖區(qū)。
[0013]電氣控制系統(tǒng)采用P I D調節(jié)控制，溫度穩(wěn)定性好，控溫精度高。由制冷機持續(xù)提供相對恒定的冷量，再由溫度控制器，采用PID控制加熱系統(tǒng)進行加熱補償，從而將水溫恒定在要求的溫度范圍內。在恒溫水浴與緩沖區(qū)之間的多孔出水孔板(底面)上方設置一只精度為±0.05°C的鉑電阻溫度計，通過該鉑電阻溫度計，測量恒溫槽水的溫度，溫度控制器根據(jù)設定的溫度，對固態(tài)繼電器進行觸發(fā)，來控制固態(tài)繼電器負載端的通斷，從而調節(jié)加熱制冷裝置的加熱量，達到恒溫的目的。
[0014]所述的單側斷層溢流式循環(huán)方式是指:在恒溫水浴一端設置一個高度固定的單側斷層溢流擋板，循環(huán)水通過制冷加熱系統(tǒng)控溫，由循環(huán)栗注入恒溫水浴緩沖區(qū)，經(jīng)過多空孔板不斷流入恒溫區(qū)域，漫過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]通過單側斷層溢流式恒溫水浴提供大尺寸、高均勻性，低波動性的穩(wěn)定溫場，將PVTt裝置的標準容器置于其中，保證了標準容器內氣體抽真空后平衡時間不超過6min，檢測效率高。
[0016]本發(fā)明的有益效果。
[0017]本發(fā)明標準容器、噴嘴和真空栗之間采用五路切換控制閥連接，檢測時首先將標準容器抽成真空，然后通過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，然后通過五路切換控制閥使音速噴嘴與標準容器相連通，這樣檢定之前使音速噴嘴流量達到臨界狀態(tài)的流量，保證了噴嘴檢測中閥動作切換時，有效避免流過噴嘴的流量“突變”帶來的影響，提高了檢測效率。經(jīng)中國計量科學研究院檢定，裝置擴展不確定度為0.05%(k=2)，技術指標達到國內外技術機構同類裝置的最高水平?？砷_展臨界流音速噴嘴的檢測。
[0018]另外，本發(fā)明單側斷層溢流式恒溫水浴，采用自下而上單側溢流的循環(huán)方式，通過固定結構而非外加攪拌系統(tǒng)，降低了裝置能耗。漸變多孔入水管和多孔孔板的設計，使恒溫水均勻流入恒溫水浴的整個區(qū)域，保證了恒溫水浴良好的溫度均勻性。采用持續(xù)制冷電動加熱PID調節(jié)控制方法，保證了系統(tǒng)溫度控制的閉環(huán)反饋，快速準確的控制水浴溫度，保證了恒溫水浴良好的溫度波動性。通過單側斷層溢流式恒溫水浴提供大尺寸、高均勻性，低波動性的穩(wěn)定溫場，將PVTt裝置的標準容器置于其中，保證了標準容器內氣體抽真空后平衡時間不超過6min，檢測效率高。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明標準容器示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明五路切換控制閥結構示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明標準容器與單側斷層溢流式恒溫水浴組合結構示意圖。
[0022]圖4是單側斷層溢流式恒溫水浴的結構示意圖。
[0023]圖5為單側斷層溢流式恒溫水浴控制基本電路的示意圖。
[0024]圖6為單側斷層溢流式恒溫水浴給水管的結構示意圖。
[0025]圖7是本發(fā)明整體結構示意圖。
[0026]圖中，I為抽真空管路、2為數(shù)字壓力計接口、3為溫度傳感器接口、4為標準容器、5為排污孔、6為檢測噴嘴管路、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、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為第二三通氣動閥、26為第一三通氣動閥、27為五路切換控制閥、28為音速噴嘴、29為檢測管路、30為鉑電阻溫度計、31為真空栗、32為光電開關。
【具體實施方式】
[0027]—種高精度pVTt法氣體流量標準裝置，包括標準容器4、五路切換控制閥27和控制系統(tǒng)，標準容器4內設數(shù)字壓力計和溫度傳感器，標準容器表面設有抽真空管路1、數(shù)字壓力計接口 2、溫度傳感器接口 3、排污孔5和檢測噴嘴管路6，數(shù)字壓力計接口 2連接數(shù)字壓力計、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由兩個三通氣動閥構成，所述的兩個三通氣動閥分別為第一三通氣動閥26和第二三通氣動閥25，所述第一三通氣動閥26和第二三通氣動閥25均具有一個連接口，兩個三通氣動閥之間通過所述連接口相互連接；除所述連接口外，所述第一三通氣動閥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，在兩個相互連接的連接口之間設有排空管路7 ;標準容器4的抽真空管路I連接五路切換控制閥27的第一接口 8，標準容器4的檢測噴嘴管路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31，五路切換氣動閥27的第四接口 11連接音