一、氣體活塞裝置的特點

標準體積值準確:標準體積僅與活塞下降的距離及缸體直徑有關，相關影響因素較少。

重復性好：從原理上看，其重復性僅與缸體面積的變化、光柵測量的重復性及密封圈的變形等因素有關，而這些影響因素均很小。

內(nèi)壓力大：可通過向缸內(nèi)充以壓縮空氣的方法來實現(xiàn)對缸內(nèi)平衡壓力的調(diào)節(jié)，此裝置的最高內(nèi)壓力可達到200kPa（表壓100kPa)。

流量穩(wěn)定：由于流量值為活塞運行速度與缸體橫截面積的乘積，活塞由伺服電機帶動，而伺服電機的轉(zhuǎn)動速度易于調(diào)整和控制，因此在試驗時，能夠容易地使流量達到并穩(wěn)定在設定流量點上。

壓力穩(wěn)定：對流量與壓差存在正比關系的流量計，在試驗過程中，靠流量與壓差的自平橫關系，可以在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)壓力穩(wěn)定。

二、 工作原理

1. 工作原理

如圖所示，裝置工作時活塞向下運動，將缸內(nèi)氣體通過管路、流量計排出。在活塞向下勻速運動時，氣缸內(nèi)的壓力經(jīng)過一個上升過程后逐步達到穩(wěn)定值。認為氣體在這個過程中溫度、壓力、體積不發(fā)生變化，由于缸 體內(nèi)徑已知， 可計算出活塞運行一定距離排出氣體的體積值。以此作為標準體積流量，與流量計示值相比較，從而檢測流量計。

2. 系統(tǒng)組成

活塞式氣體流量裝置主要由伺服電機、減速機構、滾珠絲杠、光柵、活塞缸、活塞、溫度測量系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、管路及進、出氣閥門、計算機數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)等組成。

3. 體積流量計算方法

計算活塞下降排出的氣體體積值： Vs = A * h (1)

式中： A——缸體面積，m2;
h——活塞有效下降高度，m;

認為氣體在缸內(nèi)的溫度、壓力不變，因此活塞排出的氣體體積即為通過流量計的氣體累積流量值。

即：Vp = V s (2)

通過流量計的氣體瞬時體積流量為：qs = Vp / t （3）

式中： qs——標準裝置給出的質(zhì)量流量，kg/s;
t——試驗時間，s;

三、 機械結(jié)構

活塞式氣體流量裝置的核心部分為活塞和缸體。正是活塞缸和活塞組成了缸體內(nèi)的封閉空間為流量計量提供了準確的體積，工作時活塞在缸內(nèi)沿著缸軸平移，在保證密封的前提下，活塞缸的內(nèi)截面積與活塞移動距離的乘積即為裝置給出的標準累 積流量。因此，裝置的設計主要以保證活塞與活塞缸間的密封、活塞缸幾何形狀公差、尺寸公差指標為中心，結(jié)合國內(nèi)機加工條件下的性能價格比等因素進行綜合考慮。

裝置的機械結(jié)構主要由缸體、活塞、行程測量系統(tǒng)、減速和絲杠系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、底座和加強桿、進出氣管路和閥門等組成。

1. 整體結(jié)構的平穩(wěn)與合理

根據(jù)類似裝置的結(jié)構和運行工作過程，活塞缸應垂直安放，這樣有以下特點：

a 缸筒受力均勻，不易變形。
b 缸內(nèi)密封用油如滲出發(fā)生積存現(xiàn)象，不會影響標準體積值。
c 活塞自重對缸內(nèi)壓力有一定的加強。
d 有利于活塞的平穩(wěn)運行，不易產(chǎn)生低速下的爬行現(xiàn)象。
由于電機和傳動系統(tǒng)位于活塞缸上面，為增加穩(wěn)定性和系統(tǒng)剛性另加三根支桿，支桿上與托盤、下與底座連接。

2. 活塞缸

由設計流量進行缸內(nèi)總體積計算，考慮活塞缸直徑-高度比，將活塞缸的尺寸定為：Ф200mm× 800mm，其中缸筒上下100mm內(nèi)為非工作區(qū)，加工時主要保證缸筒中間600mm內(nèi)缸筒內(nèi)園的不園柱度的形位公差。