CN104048735A

CN104048735A - 单活塞齿条齿轮式液体小流量标准装置

Info

Publication number: CN104048735A
Application number: CN201410293362.4A
Authority: CN
Inventors: 李东升; 竺林坤; 胡佳成; 阮晓柯; 马豪
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: CN104048735B

Abstract

本发明公开了一种单活塞齿条齿轮式液体小流量标准装置。本发明中的活塞式齿条—齿轮液压缸通过螺钉固定在底座上，伺服电机通过键与液压缸的齿轮配合转动，液压缸的左、右出水口都通过不锈钢接头与缓冲盒相连，缓冲盒两侧分别装有压力传感器和温度传感器；缓冲盒前后分别通过纹波软管与电磁阀连接；其中进水电磁阀的进水口与进水水箱连接，出水电磁阀的出水口通过三通接头与被检流量计连接。本发明以液压缸体积为计量标准，利用编码器将活塞位移、速度反馈给控制系统，实现一个闭环测量系统。

Description

单活塞齿条齿轮式液体小流量标准装置

技术领域

本发明涉及一种小流量标准装置，尤其是涉及单活塞齿条齿轮式液体小流量标准装置。

背景技术

近年来，液体小流量测量方面的研究工作在很多的科研院所进行，且液体小流量测量与控制在半导体制造业、生物工程、医学化工等领域的应用越来越普通。

目前，活塞式流量标准装置广泛应用于液体小流量计量检定系统，其具有准确度高，易实现自动化等优点。但传统的活塞流量标准装置存在结构复杂，装置整体结构距离长，搬运不方便，且每次运行进行检定时，都需一段液压缸供水的时间，效率不高等不足。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种单活塞齿条齿轮式液体小流量标准装置。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

本发明中的活塞式齿条—齿轮液压缸通过螺钉固定在底座上，伺服电机通过键与液压缸的高精度齿轮齿条配合转动，液压缸的左、右出水口都通过不锈钢接头与缓冲盒相连，缓冲盒两侧分别装有压力传感器和温度传感器；缓冲盒前后分别通过纹波软管与电磁阀连接；其中进水电磁阀的进水口与进水水箱连接，出水电磁阀的出水口通过三通接头与被检流量计连接。

所述的液压缸出水口朝上，可使底座水平放置，保证装置运行平稳，同时便于排气。

所述的压力传感器和温度传感器可对系统进行温度和压力补偿。

本发明的有益效果：

1.本发明是一套比较完善的主动式液体流量标准装置，其测量范围为100～2000mL/min，能检定血液透析净化装置校准仪以及相应量程范围内的流量计等，扩展不确定度为0.5％(k＝2)。

2.装置所采用的是活塞式齿轮—齿条液压缸，通过伺服电机带动液压缸的齿轮，从而带动活塞杆在左右腔体内运行，实现对被检流量计的连续检定。

3.整个装置以液压缸体积为计量标准，利用编码器将活塞位移、速度反馈给控制系统，实现一个闭环测量系统。同时安装了压力传感器和温度传感器可对系统进行温度压力补偿，大大提高了装置的测量精度。附图说明

图1是本发明装置的三维示意图

图中：1、压力传感器；2、缓冲盒；3、温度传感器；4、电磁阀；5、波纹软管；6、进水水箱；7、电磁阀；8、水箱支撑底座；9、三通接头；10、前直管；11、被检流量计；12、后直管；13、储水箱；14、电磁阀；15、电磁阀；16、温度传感器；17、缓冲盒；18、不锈钢接头；19、压力传感器；20、把手；21、伺服电机；22、伺服电机编码器；23、活塞式齿轮—齿条液压缸；24、不锈钢接头；25、底座。

具体实施方式

如图1所示，活塞式齿条—齿轮液压缸23通过螺钉固定在底座25上，底座25左右都安装把手20，伺服电机21通过键与液压缸23的高精度齿轮齿条配合转动，液压缸23的左、右出水口都通过不锈钢接头24、18与缓冲盒2、17相连，缓冲盒2、17两侧分别装有压力传感器1、19和温度传感器3、16；缓冲盒2、17前后侧面分别通过纹波软管5与电磁阀7、4、14、15连接；其中电磁阀4、14的进水口与进水水箱6连接，电磁阀7、15的出水口通过三通接头9与被检流量计11连接。液体流经前直管10流入被检流量计11，之后流经后直管12进入储水箱13。

液压缸23为标准活塞式齿条—齿轮液压缸，其采用的是高精度的齿轮和齿条，且关键部位都是采用铝合金和不锈钢制成，具有防腐蚀性，并且在保证精度的同时降低了成本。液压缸23的出水口朝上，可在装置水平放置时实现顺利排出气体，有利于提高装置运行时的稳定性。液压缸23的出水口通过不锈钢接头18、24连接。缓冲盒2、17分别装有压力传感器1、19和温度传感器3、16，根据液压缸的热膨胀系数和弹性系数将温度与压力引起的形变误差进行修正，通过这种方法对装置作温度和压力补偿。缓冲盒2、18前后侧分别与电磁阀4、7、15、14连接，电磁阀4、14的进水口与进水水箱6连接，电磁阀7、15的出水口与被检流量计11连接。伺服电机编码器22安装在伺服电机21的上方，将活塞杆的位置反馈给控制系统；控制系统有下位机MSP430单片机和上位机PC组成，其功能为控制活塞运动的速度、位置，采集被检流量计信号，传感器信号，分析检定结果。

本发明的工作过程如下：

下位机控制伺服电机21驱动活塞以稳定速度向左运动从而产生流体源的同时打开电磁阀7、14，关闭电磁阀4、15，经过缓冲盒2流经被检流量计11，液压缸23的左腔体检定流量计11完毕后，伺服电机21反相驱动活塞以稳定速度向右运动从而产生流体源的同时打开电磁阀4、15，关闭电磁阀7、14，经过缓冲盒17流经被检流量计11，以此往复的连续性运行。以液压缸23作为计量体积标准，伺服电机编码器22将活塞运动的速度和位移反馈给控制系统。控制系统控制活塞运动的速度、位置和时间，通过计算在一定测量时间内排出液压缸23的液体的体积流量来检定被检流量计11。

q_{s} = \frac{V_{s}}{t} = \frac{π D^{2} L}{4 t}

E = \frac{| q - q_{s} |}{q_{s}} \times 100 %

式中各参数分别为：

q_s——标准流量，mL/min

V_s——液压缸排除液体体积，mL

t——测量时间，s

D——液压缸直径，cm

L——活塞位移，cm

E——被检流量计的偏差。

Claims

1.单活塞齿条齿轮式液体小流量标准装置，其特征在于：活塞式齿条—齿轮液压缸（23）通过螺钉固定在底座（25）上，伺服电机（21）通过键与液压缸（23）的高精度齿轮齿条配合转动，液压缸（23）的左、右出水口都通过不锈钢接头（24、18）与缓冲盒（2、17）相连，缓冲盒（2、17）两侧分别装有压力传感器（1、19）和温度传感器（3、16）；缓冲盒（2、17）前后分别通过纹波软管（5）与电磁阀（7、4、14、15）连接；其中电磁阀（4、14）的进水口与进水水箱（6）连接，电磁阀（7、15）的出水口通过三通接头（9）与被检流量计（11）连接。

2.根据权利要求1所述的单活塞齿条齿轮式液体小流量标准装置，其特征在于：所述的液压缸（23）出水口朝上，可使底座（25）水平放置，保证装置运行平稳，同时便于排气。

3.根据权利要求1所述的单活塞齿条齿轮式液体小流量标准装置，其特征在于：所述的压力传感器（1、19）和温度传感器（3、16）可对系统进行温度和压力补偿。