CN101726393B

CN101726393B - 活塞压力装置

Info

Publication number: CN101726393B
Application number: CN 200910266175
Authority: CN
Inventors: 盛晓岩; 王丽; 彭轶; 李鑫武; 张贤; 赵静
Original assignee: Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Current assignee: Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN101726393A

Abstract

本发明涉及一种活塞压力装置，其包括依次相接的活塞系统、旋转系统、力传递系统以及电子天平。其中，所述活塞系统的内设部有活塞和活塞筒，所述活塞的底部连接有活塞连接套；所述旋转系统包括同轴相连的锥齿轮减速器和旋转装置；其中，活塞连接套与旋转装置相连，且内部设有传递球；所述力传递系统内设有力传递系统罩和力连接头，其中，力传递系统罩内设有力传递柱，所述传递球设在力传递柱上，且力传递系统罩通过力连接头与电子天平相连。本发明是将气体压力作用在活塞系统上，并通过力传递系统将压力传递到电子天平，从而可以实时测量气体压力值，本发明活塞压力装置具有准确度高、稳定性好、工作效率高的特点，并具有现场压力连续校准能力。

Description

活塞压力装置

技术领域

本发明涉及一种压力测量装置，尤其是关于一种活塞压力计量标准装置。

技术背景

目前，广泛使用的压力计量校准仪器主要有活塞压力装置和压力控制器两种。

压力控制器通过压力传感器反馈实现对目标压力值的实时连续控制，是传感技术、计算机技术和控制技术相结合的产物，此类装置的测量准确度、测量范围取决于压力传感器。其优点是测量范围宽、操作简单、灵活，体积小、重量轻，便于携带和进行现场校准。但其准确度和长期稳定性较差，即使采用性能相对较好的石英谐振传感器作为感压元件，年稳定性也只有0.01%左右，大部分情况下只能作为传递标准。

活塞压力装置是以流体静力学平衡原理及帕斯卡定律为基础研制的，通过砝码平衡作用在活塞上的压力，即P=F/A，其中P为活塞压力计产生的标称压力值，F为砝码产生的力值，A为活塞有效面积，通常用作压力量值传递的标准装置。但是，由于目前使用的活塞式压力计基本上是靠人工加载砝码，导致其存在劳动强度大，工作效率低的缺点。另外，由于砝码只能产生离散的压力值点，无法实现压力的连续校准，局限性较大；且存在便携性能差，不方便进行现场校准。

发明内容

本发明的目的是：为了解决现有技术活塞压力装置测量时需要砝码、无法实现连续测量的问题，本发明提供了一种能实现连续测量、便携式、高准确测量的活塞压力装置。

本发明技术方案是：一种活塞压力装置，其包括依次相接的活塞系统、旋转系统、力传递系统以及电子天平，其中，所述活塞系统的内设部有活塞和活塞筒，所述活塞的底部连接有活塞连接套；所述旋转系统的包括同轴相连的锥齿轮减速器和旋转装置；其中，所述活塞连接套与旋转装置相连，且内部设有传递球；所述力传递系统内设有相互连接的力传递系统罩和力连接头，其中，所述力传递系统罩内设有力传递柱，所述传递球设在力传递柱上，且所述力传递系统罩通过力连接头与电子天平相连。

所述旋转装置通过设置在其凹槽内的旋转臂与活塞连接套相连。

所述力传递系统罩的底部设有内圆锥面，所述力连接头顶部设有外圆锥面，并与传递系统罩的内圆锥面相配合。

所述锥齿轮减速器通过磁力联轴器与电机相连，且锥齿轮减速器转轴与磁力联轴器转轴相垂直。

所述磁力联轴器包括同轴的外磁体、内磁体、隔离罩、齿轮轴，其中，所述外磁体与电机相连，所述隔离罩隔离外磁体和内磁体，所述齿轮轴与内磁体相连，且所述齿轮轴端头与锥齿轮减速器咬合连接。

所述力传递系统罩的力传递柱外侧设有套有缓冲弹簧的传递筒。

所述磁力联轴器与旋转装置之间为动密封连接。

所述力连接头通过螺钉锁定与电子天平相连。

本发明利用力传递系统将作用在活塞上的气体压力传递到电子天平上，解决了活塞压力计工作过程中需要手动加载砝码的问题；利用天平测量的连续性，解决了活塞压力计不能连续校准的问题；利用磁力联轴器连接电机和旋转装置，解决了真空密封问题。因此本发明活塞压力装置可以实现对气体压力的连续高精度测量，而且携带方便，具有较大的实际应用价值。

附图说明

图1是本发明活塞压力装置一较佳实施方式的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

其中，1-电机、2-外磁体、3-内磁体、4-隔离罩、5-齿轮轴、6-小锥齿轮、7-大锥齿轮、8-旋转装置、9-活塞、10-传递球、11-活塞连接套、12-旋转臂、13-旋转柱、14-力传递柱、15-力传递筒、16-缓冲弹簧、17-传递系统罩、18-力连接头、19-电子天平。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

本发明活塞压力装置为了保证压力测量的准确有效，工作时在保证活塞将压力竖直向下传递的同时，还要使活塞处于旋转状态，以消除侧向力，从而保证压力传递测量的准确度。

请同时参阅图1和图2，其中，图1是本发明活塞压力装置一较佳实施方式的结构示意图，图2是图1的俯视图。本实施方式中，所述活塞压力装置包括活塞系统、旋转系统、力传递系统以及电子天平。所述活塞系统包括一活塞9、活塞筒和活塞连接套11。所述活塞9设置在活塞筒内，且二者之间存在一定的缝隙，所述缝隙在活塞9转动时可以形成气膜，从而保证缝隙的动密封。另外，所述活塞底部与活塞连接套11相连，且活塞连接套11内设有传递球10，该传递球10设置在力传递柱14上。

所述旋转系统包括相互同轴连接的锥齿轮减速器和旋转装置8，其通过磁力联接器与电机1相连。其中，所述锥齿轮减速器为大锥齿轮7。所述磁力联接器包括外磁体2、内磁体3、隔离罩4及齿轮轴5和小锥齿轮6，其中外磁体2与电机1相连，且外磁体2与内磁体3之间由隔离罩4机械隔离，从而保证气密性。同时所述外磁体2与内磁体3同轴，且内磁体3与齿轮轴5相连，而所述小锥齿轮6设置在齿轮轴5的端头。因此在电机1带动下，带动外磁体1，并通过磁力的推拉作用，带动内磁体3旋转，再由内磁体3经齿轮轴5带动旋转小锥齿轮6旋转。而所述小锥齿轮6与大锥齿轮7啮合连接，且二者旋转轴相互垂直，因此可以将小锥齿轮6的转动转换成的大锥齿轮7的转动。由于大锥齿轮7与旋转装置8相连，因此可以进一步带动所述旋转装置8的旋转。而所述旋转装置8具有一凹槽，且凹槽内设有旋转柱13，旋转柱13拨动嵌在其中的旋转臂12旋转，所述旋转臂12通过螺纹与活塞连接套11相连。因此旋转装置8的旋转可以带动活塞连接套11的旋转，并进一步带动活塞旋转。

另外，所述力传递系统内设有力传递系统罩17和力连接头18；所述力传递系统罩17的底部设有内圆锥面，内侧设有力传递柱14；所述力传递柱14顶部设有内圆锥面，外部设有力传递筒15，且力传递筒15外部套有缓冲弹簧16。所述力连接头18顶部设有外圆锥面，与传递系统罩17的内圆锥面配合，以保证轴向力的传递。所述力连接头18与电子天平19之间通过螺钉连接，从而可以将力传递到电子天平19上，由电子天平19实现对力的测量。

本发明活塞压力装置工作时，先电机1启动，带动与电机轴相连的外磁体2旋转，通过磁力的推拉作用，内磁体3旋转，内外磁体之间用隔离罩4机械分开，实现无接触密封；内磁体3带动齿轮轴5旋转，小锥齿轮6转动，通过齿轮啮合，大锥齿轮7转动，将水平方向的旋转运动转化为竖直方向的旋转运动。大锥齿轮7带动与其相连的旋转装置8转动，从而带动在旋转装置8凹槽中的旋转臂12转动。而旋转臂12通过螺纹与活塞连接套11连接，活塞连接套与活塞9之间通过过盈配合连接，从而将旋转运动传递给活塞9，使活塞9相对于活塞筒产生旋转。同时，活塞转动时，活塞与活塞筒之间的间隙均匀，且可以形成润滑气膜，从而对气体具有动密封作用，并可以消除活塞受到的侧向力，从而保证较高的测量精度。

气体压力作用在活塞9上，通过活塞连接套11上的传递球10将压力传递到力传递柱14上，通过缓冲弹簧16的缓冲之后将压力作用在力传递系统罩17上，力传递系统罩17与力连接头18采用锥面连接，保证了轴向力的准确传递，力连接头与电子天平19之间通过螺钉连接，气体压力传递到电子天平19上。

当数字活塞压力计接收到工作命令后，电机1启动，带动与电机轴相连的外磁体2旋转，通过磁力的推拉作用，内磁体3旋转，内外磁体之间用隔离罩4机械分开，实现无接触密封；内磁体3带动齿轮轴5旋转，小锥齿轮6转动，通过齿轮啮合，大锥齿轮7转动，将水平方向的旋转运动转化为竖直方向的旋转运动，大锥齿轮7带动与其相连的旋转装置8转动，从而带动在旋转装置8凹槽中的旋转臂12转动，旋转臂12通过螺纹与活塞连接套11连接，活塞连接套与活塞9之间通过过盈配合连接，最终将旋转运动传递给活塞9。

活塞运动时，被测气体作用于活塞，使活塞9向下运动，同时带动活塞连接套11也向下运动。此时设置在活塞连接套11内的传递球10也向下运动，该传递球10将力传递给力传递柱14，并传递到传递筒15上。通过设置在传递筒外的缓冲弹簧16的缓冲之后将压力作用在力传递系统罩17上，力传递系统罩17与力连接头18采用锥面连接，保证了轴向力的准确传递，力连接头与电子天平19之间通过螺钉连接，气体压力传递到电子天平19上，从而由电子天平19实现对气体力值的测量。另外由于活塞面积是一定的，通过电子天平测量的力值，即可以计算得到被测气体压力，从而完成对气体压力的测量。

另外，在测力过程中，维持活塞的旋转，活塞与活塞筒之间的间隙均匀，且可以形成润滑气膜，从而对气体具有动密封作用，而且可以消除活塞受到的侧向力，从而保证较高的测量精度。且本发明中，旋转装置采用水平传动的旋转臂来带动活塞连接套的转动，从而在将旋转运动传动的活塞的同时，可减少竖直方向的力，从而有利于减少测量误差，提高测量精度。而且所述电子天平可以连续稳定的读数，从而可以实现对气体压力的连续实时稳定的测量。而且所述磁力联接轴与外壳之间可实现动密封，再加上活塞与活塞筒之间的动密封，因此通过抽真空，使旋转系统和力传递系统可在真空条件下对气体压力进行测量，从而保证了较高的测量精度，而且不需要额外砝码，方便携带。

综上所述本发明活塞压力装置利用力传递系统将作用在活塞上的气体压力传递到电子天平上，解决了活塞压力计工作过程中需要手动加载砝码的问题，并通过利用天平测量的连续性，解决了活塞压力计不能连续校准的问题。同时，利用磁力联轴器连接电机和旋转装置，解决了真空密封问题，可以在真空条件下实现对气体压力的测量。而且旋转装置采用水平传动的旋转臂来带动活塞连接套的转动，从而在将旋转运动传动的活塞的同时，可减少竖直方向的力，从而有利于减少测量误差，保证测量精度。因此本发明活塞压力装置可以实现对气体压力的连续高精度测量，而且携带方便，具有较大的实际应用价值。

Claims

1.一种活塞压力装置，包括依次相接的活塞系统、旋转系统、力传递系统以及电子天平，其特征在于：所述活塞系统的内设部有活塞和活塞筒，所述活塞的底部连接有活塞连接套；所述旋转系统包括磁力联轴器、同轴相连的锥齿轮减速器和旋转装置；其中，所述活塞连接套与旋转装置相连，且内部设有传递球；所述力传递系统内设有相互连接的力传递系统罩和力连接头，其中，所述力传递系统罩内设有力传递柱，所述传递球设在力传递柱上，且所述力传递系统罩通过力连接头与电子天平相连。

2.根据权利要求1所述的活塞压力装置，其特征在于：所述旋转装置通过设置在其凹槽内的旋转臂与活塞连接套相连。

3.根据权利要求2所述的活塞压力装置，其特征在于：所述力传递系统罩的底部设有内圆锥面，所述力连接头顶部设有外圆锥面，并与传递系统罩的内圆锥面相配合。

4.根据权利要求3所述的活塞压力装置，其特征在于：所述锥齿轮减速器通过磁力联轴器与电机相连，且锥齿轮减速器转轴与磁力联轴器转轴相垂直。

5.根据权利要求4所述的活塞压力装置，其特征在于：所述磁力联轴器包括同轴的外磁体、内磁体、隔离罩、齿轮轴，其中，所述外磁体与电机相连，所述隔离罩隔离外磁体和内磁体，所述齿轮轴与内磁体相连，且所述齿轮轴端头与锥齿轮减速器咬合连接。

6.根据权利要求5所述的活塞压力装置，其特征在于：所述力传递系统罩的力传递柱外侧设有套有缓冲弹簧的传递筒。

7.根据权利要求1至6任一项所述的活塞压力装置，其特征在于：所述磁力联轴器与旋转装置之间为动密封连接。

8.根据权利要求7所述的活塞压力装置，其特征在于：所述力连接头通过螺钉锁定与电子天平相连。