CN106681383B - 一种高精度的压力控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度的压力控制装置，其包括：气瓶，其包括有高纯度的工作气体；至少一个腔体，所述气瓶与所述至少一个腔体的进气管道连接，所述至少一个腔体的出气管连接到压力计，所述工作气体通过所述压力计进入到反馈回路。本发明结构简单、控压精度高，其解决了绝对压力测量过程中活塞压力计内部泄气导致测压周期短、连续波动大和测压管路存在“死空间”等问题。

Description

一种高精度的压力控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置，尤其是涉及一种高精度的压力控制装置。

背景技术

压力控制装置是一种能够提供恒定压力环境的装置，是一些实验环境所需的基本设备，常用于化学反应实验、石油化工领域和科学实验等方面。压力控制装置的控压精度不仅依赖于反馈系统的优化设计还强烈依赖于所使用的压力计精度，对于高精度压力控制系统常常使用操作简单、性能稳定、准确度高的活塞压力计。活塞式压力计是基于帕斯卡定律及流体静力学平衡原理产生的一种高准确度、高复现性和高可信度的标准压力计量仪器，被广泛应用在常规测量、精密测量和量值传递等方面，常作为压力基准器用来校准其它压力计，也常用在对压力精度控制要求较高的监测环节。

在压力控制装置中，由于活塞压力计的活塞缸套间存在有微小的间隙，测压气体会通过此间隙外泄、损失，从而导致压力测量周期很短，并伴随出现压力连续脉冲波动的情况；为降低此压力损失，常采用薄膜差压计直接将活塞压力计与被测空间隔离，但是薄膜压力计的隔离只能阻止活塞压力计不泄露系统内的气体到外部环境，并不能有效阻止活塞压力计内部的气泄漏，不能保证活塞压力计的活塞长期处于稳定的状态，因而并不能有效解决因泄露造成的测压周期短和压力连续波动的问题。此外，由于压力控制装置的工作空间结构的设计以及进气管和出气管等配气环路的设计不太合理，会出现部分管段分担压力的情况，不能保证压力处处相等，导致出现“死空间”，进而影响压力等其它参数的控制和测量。

因此，要获得长期、稳定的高精度压力控制，需要设计新的压力控制补偿环路和优化配气环路结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种长期、稳定的高精度压力控制，避免出现“死空间”。

本发明提供了一种高精度的压力控制装置，其包括：气瓶，其包括有高纯度的工作气体；至少一个腔体，所述气瓶与所述至少一个腔体的进气管道连接，所述至少一个腔体的出气管连接到压力计，所述工作气体通过所述压力计进入到反馈回路。

其中，所述工作气体为氦气。

其中，所述至少一个腔体包括第一腔体和第二腔体。

其中，所述高精度的压力控制装置还包括冷阱。

其中，所述高精度的压力控制装置包括至少一个阀门。

其中，所述第一腔体和第二腔体之间连通。

本申请提出一种结构简单、控压精度高的微流量补偿环路压力控制装置，其解决了绝对压力测量过程中活塞压力计内部泄气导致测压周期短、连续波动大和测压管路存在“死空间”等问题。

附图说明

图1为本发明高精度的压力控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。

图1所示为本发明高精度的压力控制装置的结构示意图。所述高精度的压力控制装置包括气瓶1，所述气瓶1中优选为高纯氦气；所述气瓶1通过管路连接压力腔体12和工作腔体13，并作为压力腔体12和工作腔体13的高纯度气源；其中，所述气瓶1中的气体通过进气管17进入到压力腔体12内部的工作腔体13中，之后通过压力腔体12上的出气管18流出，其中工作腔体13位于压力腔体12的内部，在所述工作腔体中包括连通结构14，通过连通结构14将压力腔体12和工作腔体13连接起来，使得压力腔体12、工作腔体13、进气管17和出气管18等空间压力处处相等，有效避免出现部分测压管路分担压力的情况，从而避免“死空间”的出现。本发明的附图中只是示意性的给出了工作腔体12和压力腔体13之间相对位置关系，其中，工作腔体12也可以被认为是第一腔体，而压力腔体13被认为是第二腔体，而具体的连接关系不作进一步限定，所有满足嵌套关系的腔体关系都可以适用本发明的压力控制装置。

所述高精度的压力控制装置的气瓶1具有高纯度的氦气，所述气瓶1通过管道连接冷阱2，所述冷阱2用于降低氦气温度，当需要对氦气进行温度进一步降低时，对管道中的第一阀门6进行关闭，使得氦气通过第二阀门4进入到冷阱2中，经过冷阱2的降温，氦气从第三阀门5中流出，所述冷阱2可以根据需要进行设置，通过第一阀门6和第二阀门4的开关来进行选择氦气是否通过冷阱2。

通过第一阀门6或第三阀门8的氦气流通过第一流量计7，该第一流量计7对管道中的气体流量进行测量，所述第一流量计7通过管路连接到镇流器3，通过镇流器3对管路中的气体进行整流，使得气体具有稳定的流速。

为了提高氦气的纯度，在所述镇流器3与进气管17之间可以设置气体纯化装置11，通过该气体纯化装置11可以除去氦气中的杂质以提高氦气纯度，在气体纯化装置11的周围管路中设置第四阀门8、第五阀门9和第六阀门10，通过第四阀门8和第五阀门9的开关，可选择氦气是否通过气体纯化装置11，当第四阀门8关闭时，氦气依次通过第五阀门9和第六阀门10进入进气管17。

氦气从压力腔体12的出气管18流出到第二流量计16，然后流入到压力计19的进气端，所述压力计19的出气端连接到反馈回路20，反馈环路20为压力腔体12和工作腔体13等空间提供长期稳定的压力环境，其可用于置换压力腔体12、工作腔体13、进气管17和出气管18以清除残留杂质气体，并作为压力源为压力腔体12和工作腔体13提供持续可调的氦气流以保持稳定的工作压力。

本发明的高精度的压力控制装置通过可选择的设置冷阱2和气体纯化装置11，双重纯化措施可有效提高气体纯度、减少纯度对测量结果的影响。气瓶1与第二阀门4和第一阀门6，冷阱2与第二阀门4和第三阀门5，第一流量计7与第三阀门5、第一阀门6和镇流器3，镇流器3与第四阀门8和第五阀门9，气体纯化装置11与第五阀门9和第六阀门10，进气管17与第四阀门8和第六阀门10，第二流量计16与真空泵15、出气管18、活塞压力计19和反馈环路20优选均可由卡套连接，可自由拆装。

如图1所示的实施案例中，第一流量计7、镇流器3、阀门8-10、气体纯化装置11、进气管17、出气管18、第二流量计16、真空泵15和反馈环路20一起构成了微流量补偿环路，所述压力计19为活塞压力计，如果活塞压力计19间隙泄露导致活塞的上升浮力不足以支撑活塞和砝码重量时，该信号可以通过反馈回路20反馈到第一流量计7，此时，经过冷阱2降温、气体纯化装置11纯化后的低温高纯氦气经过第一流量计7进入镇流器3，再通过镇流器3的微流量控制经过低温工作腔体13后进入活塞压力计19进行补偿，如果补偿流量过大，可以通过第二流量计16和与之相连的真空泵15进行控制。通过原创的微流量补偿环路方案有效补偿活塞压力计的缝隙泄漏，保持活塞状态稳定，大大提高了测压周期和压力的稳定性，在绝对压力为0.15MPa的条件下，在连续16个小时期间，实现了波动仅为±0.5Pa的压力控制，控压精度为3.4ppm，该结果较绝对压力测量的最高测量精度21ppm提高了近1个数量级。

如图1所示的实施案例中，若将活塞压力计19置于空气浴恒温槽内，在恒温条件下可获得更加长期、稳定的高精度压力控制效果。

本申请提出一种结构简单、控压精度高的微流量补偿环路压力控制装置，其解决了绝对压力测量过程中活塞压力计内部泄气导致测压周期短、连续波动大和测压管路存在“死空间”等问题。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种高精度的压力控制装置，其包括：气瓶，其包括有高纯度的工作气体，所述工作气体为氦气；压力腔体和工作腔体，所述气瓶通过管路连接压力腔体和工作腔体，其特征在于：所述气瓶中的气体通过进气管进入到压力腔体内部的工作腔体中，之后通过压力腔体上的出气管流出，其中工作腔体位于压力腔体的内部，在所述工作腔体中包括连通结构，通过连通结构将压力腔体和工作腔体连接起来，使得压力腔体、工作腔体、进气管和出气管空间压力处处相等；氦气从压力腔体的出气管流出到第二流量计，然后流入到压力计的进气端，所述压力计的出气端连接到反馈回路，反馈环路为压力腔体和工作腔体空间提供长期稳定的压力环境，其用于置换压力腔体、工作腔体、进气管和出气管以清除残留杂质气体，并作为压力源为压力腔体和工作腔体提供持续可调的氦气流以保持稳定的工作压力。

2.如权利要求1所述的高精度的压力控制装置，其特征在于：所述高精度的压力控制装置还包括冷阱。

3.如权利要求1所述的高精度的压力控制装置，其特征在于：所述高精度的压力控制装置包括至少一个阀门。