CN112649063A - 一种气体计量装置 - Google Patents

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代军
胡世莱
唐良睿
刘昕
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Abstract

本发明涉及一种气体计量装置，包括进气口、排气口、排液口、气液分离器、单向阀、气动阀、位移计量传感器、活塞、超量程传感器、气体容器、安全阀、信号处理系统和控制系统。进气口与气动阀之间设有气液分离器，气动阀通过管线连于气体容器两端，安全阀通过管线连于气体容器的左侧底部弧形部分，气体容器两侧内部均安装有活塞、位移计量传感器、超量程传感器。位移计量传感器及超量程传感器将接收的信号传递给信号处理系统，并通过计算机控制系统将处理结果反馈给气动阀及安全阀，实现活塞上下往复运动。本发明结构简单，既能保障小流量气体的精确计量又能对大量气体进行自动化计量且结果可靠，内设安全结构保证了整个装置的安全性。

Description

一种气体计量装置
技术领域
本发明涉及实验室内气体计量技术领域，具体的是一种气体计量装置。
背景技术
针对实验室的气体计量，通常选用排水法计量以及计量装置计量两种方式。排水法计量往往需要占据实验人员一定的劳力和精力，且存在较多的人为误差隐患，同时对被计量的气体有相应的要求限制。普通的计量装置一方面难以精确计量小流量气体，另一方面具有量程限制，难以实现大规模气体的计量，需要通过暂停实验、切换流程来实现对整个过程的计量，计量结果依靠人工读取，容易产生较大误差，此外，缺乏行之有效的安全结构也是此类计量装置存在的较为明显的缺陷。部分计量装置虽然能实现气体的连续计量，但是需要单独的排气操作流程，增加了计量过程的复杂程度。市场上针对气体计量的仪器和装置具有丰富的种类，其中不乏高精度、自动化、数字化计量设备，但大多价格昂贵，性价比不高。
因此，如何解决现有气体计量方式和计量装置的缺陷，提供一种结构简单，操作方便，既能精确计量小流量气体又能突破量程限制，实现大量气体自动化计量，还能保证计量结果的准确性以及计量过程中的安全性的气体计量装置，是本领域技术人才需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体计量装置，该装置结构简单，操作方便，既能精确计量小流量气体又能不停工持续计量以突破量程限制，实现大量气体自动化计量，同时还能保证计量结果的准确性以及计量过程的安全性，以克服背景所述的装置缺陷。
为达到以上目的，本发明采用以下技术方案。
一种气体计量装置，包括进气口、排气口、排液口、气液分离器、单向阀、气动阀、位移计量传感器、活塞、超量程传感器、气体容器、安全阀、信号处理系统和计算机控制系统，进气口与气液分离器下部相连且之间设有单向阀，排液口与气液分离器底部相连，气液分离器内部出气端安装有捕雾器，气液分离器顶部与气动阀4通过管线相连再分别连于气体容器两端，排气口2与气动阀5通过管线相连再分别连于气体容器两端，排气口3与安全阀通过管线相连再连于气体容器的左侧底部弧形部分；气体容器两侧内部分别安装有活塞，两侧内部管壁位置分别安装有位移计量传感器，位移计量传感器末端分别安装有超量程传感器；活塞内部依次装有密封垫圈、石墨垫圈和金属垫圈；气体容器固定于支架上，除进气口以及排气口以外的整个结构均包围在箱体中；位移计量传感器以及超量程传感器将接收到的信号传递给信号处理系统，并通过计算机控制系统将处理结果反馈给气动阀以及安全阀。
根据活塞位置，活塞初始传感距离为h0，计算机控制系统判断活塞位置的相对高低，气体由进气口经气液分离器到气动阀4的a和b端口(a和c端口)从活塞位置相对高的气体容器一侧进入，同时推动两个活塞，进气的一侧活塞下行，另一侧活塞上行，再经气动阀5的a和c端口(a和b端口)从气体容器另一侧排出活塞上部气体；当下行的活塞到达终止点时，气体经气动阀4的另一端口a和c(a和b端口)进入气体容器另一侧，同时推动两个活塞，下行的活塞变为上行，上行的活塞变为下行，并从气动阀5的a和b端口(a和c端口)排出；位移计量传感器感应活塞位置并输出信号，计量过程中活塞总传感距离为∑h，计量时间为Δt，根据公式可计算出气体体积和气体流量：
Q＝9π(∑h-h0)
Figure BDA0002838180090000021
式中，Q表示计量气体的体积；V表示计量气体的流量；ΔQ表示Δt时间内累计计量的气体体积；Δt表示一段计量时间。
根据气体体积计算公式和气体流量计算公式能充分保障小流量气体的计量准确性。同时，活塞的上下往复运动能够实现对大量气体的不停工持续计量，不会受到需要计量气体体积的量的限制，可以完整记录整个实验过程中气体体积和气体流量的变化规律。
优选的，所述气液分离器内部出气端安装有捕雾器，能够分离出气体携带的小液滴而凝结下来，气液分离器与进气口之间设有单向阀，能有效防止气液分离器中的液体回流。
优选的，所述气体容器两侧对称，其内部装配有活塞、位移计量传感器和超量程传感器，用以记录气体推动活塞移动的距离，信号处理系统向计算机控制系统传递所记录的活塞移动距离数据量为5个/秒。
优选的，所述气体容器两活塞之间填充的气体为氮气。
优选的，所述超量程传感器以及安全阀配套使用能有效保证计量过程的安全性。
优选的，所述气体容器内径和外径分别为6cm、7cm，单侧活塞移动计量的最大距离为70.736cm(即起始点至终止点的距离为70.736cm)，最小计量刻度为0.02mm，气体计量最小精度为0.5655mL，气体容器的单侧容积为2000mL，气体容器总容积为4000mL。
优选的，所述活塞装配的密封垫圈、石墨垫圈和金属垫圈内径均为5cm，外径分别为6.2cm、5.8cm、6.1cm，厚度分别为0.6cm、0.4cm、0.55cm，密封垫圈起密封作用，石墨垫圈起阻隔密封垫圈和金属垫圈的作用，金属垫圈与位移计量传感器接触传递活塞位置信号。
优选的，所述箱体长宽高分别为30cm、17cm、100cm。
本发明具有以下有益效果：
1、结构设计简单，能实现自动化的计量工作，信号处理系统记录下活塞移动的距离即可对气体进行计量，再次使用该装置时不需要复位操作，可以有效减少人为操作过程带来的计量误差，使得计量结果更为准确可靠。
2、活塞可于近大气压的条件下在气体容器内做上下往复运动，进气的同时实现排气以精简操作流程，从而实现对大量气体的不停工持续计量，能够同时记录不同时间段的气体体积以及不同时间段的气体流量，有效解决了部分气量计量程过小的缺陷，此外，足够的精度以及数字化计量能充分保障小流量气体的计量准确性。
3、安全阀使得装置的安全性大大提高，避免了单侧活塞超量程带来的对整个装置的损害以及对实验人员的伤害。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明气体容器一侧截面图。
图3是本发明活塞结构示意图。
图中，1-进气口，2、3-排气口，4、5-气动阀，6、7-活塞，8、9-位移计量传感器，10-气体容器，11、12-超量程传感器，13-安全阀，14-支架，15-箱体，16-计算机控制系统，17-密封垫圈，18-石墨垫圈，19-金属垫圈，20-捕雾器，21-气液分离器，22-单向阀，23-排液口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
参照图1-3，一种气体计量装置，由进气口1、排气口2和3、排液口23、气液分离器21、单向阀22、气动阀4和5、活塞6和7、位移计量传感器8和9、气体容器10、超量程传感器11和12、安全阀13、支架14、箱体15、计算机控制系统16和信号处理系统组成。
其中，进气口1与气液分离器21下部相连且之间设有单向阀22，排液口23与气液分离器21底部相连，气液分离器21内部出气端安装有捕雾器20，气液分离器21顶部与气动阀4通过管线相连再分别连于气体容器10两端，排气口2与气动阀5通过管线相连再分别连于气体容器10两端，排气口3与安全阀13通过管线相连再连于气体容器10的左侧底部弧形部分；气体容器10的两侧内部分别安装有活塞6和7，内部管壁位置分别安装有位移计量传感器8和9，位移计量传感器8和9末端分别安装有超量程传感器11和12，活塞内部依次装有密封垫圈17、石墨垫圈18和金属垫圈19；气体容器10固定于支架14上，除进气口1、排气口2和3、排液口23以外的整个结构均包围在箱体15中。
其中，气体容器10的内径为6cm，单侧活塞移动计量的最大距离为70.736cm，即位移计量传感器8或9从起始点到终止点的感应距离为70.736cm，最小计量刻度为0.02mm，气体计量最小精度为0.5655mL，气体容器10单侧容积为2000mL，气体容器10总容积为4000mL；位移计量传感器8和9以及超量程传感器11和12将接收到的信号传递给信号处理系统，并通过计算机控制系统16将处理结果反馈给气动阀4和5以及安全阀13。
应用本发明的实施例进行气体测量时，具体过程为：
活塞6位于气体容器10左侧起始点A1，活塞7位于气体容器10右侧终止点Z2，由位移计量传感器8和9传递信号至信号处理系统，计算机控制系统16做出判断，气动阀4的a端口与b端口打开、c端口关闭，气动阀5的a端口与c端口打开、b端口关闭，气体由进气口1经气液分离器21从气动阀4的a和b端口进入气体容器10左侧，同时推动活塞6和活塞7，活塞6下行，活塞7上行，位移计量传感器8和9监测活塞6和7的位置并输出信号从而对气体进行计量。
当活塞6下行至终止点Z1时，活塞7上行至起始点A2，计算机控制系统16控制气动阀4的a端口与c端口打开、b端口关闭，气动阀5的a端口与b端口打开、c端口关闭，气体由进气口1经气液分离器21从气动阀4的a和c端口进入气体容器10右侧，同时推动活塞7和活塞6，活塞7下行，活塞6上行，位移计量传感器8和9监测活塞6和7的位置并输出信号从而对气体进行计量。
当活塞6或7下行至超过终止点Z1或Z2时，触发超量程传感器11或12，安全阀13打开，对活塞6和7之间的气体进行放空，避免损坏整个计量装置。
单侧气体容器计量的最大气体量为2000mL，即活塞6由起始点A1下行至终止点Z1时的气体量为2000mL(活塞7由起始点A2下行至终止点Z2时的气体量为2000mL)。尽管单侧气体容器最大容积为2000mL，但活塞可在气体容器内做上下往复运动，由此实现大量气体的计量。
以上所述，仅用以说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种气体计量装置，包括进气口(1)、排气口(2、3)、排液口(23)、气液分离器(21)、单向阀(22)、气动阀(4、5)、活塞(6、7)、位移计量传感器(8、9)、气体容器(10)、超量程传感器(11、12)、安全阀(13)、支架(14)、箱体(15)、计算机控制系统(16)和信号处理系统，其特征在于：进气口(1)与气液分离器(21)下部相连且之间设有单向阀(22)，排液口(23)与气液分离器(21)底部相连，气液分离器(21)内部出气端安装有捕雾器(20)，气液分离器(21)顶部与气动阀(4)通过管线相连再分别连于气体容器(10)两端，排气口(2)与气动阀(5)通过管线相连再分别连于气体容器(10)两端。
2.根据权利要求1所述的一种气体计量装置，其特征在于：所述气体容器(10)两侧对称，其内径和外径分别为6cm、7cm，气体容器内部分别安装有活塞(6、7)，气体容器内部管壁位置分别安装有位移计量传感器(8、9)，位移计量传感器末端分别安装有超量程传感器(11、12)。
3.根据权利要求1、2所述的一种气体计量装置，其特征在于：所述活塞(6、7)配套装有密封垫圈(17)、石墨垫圈(18)、金属垫圈(19)，其内径均为5cm，外径分别为6.2cm、5.8cm、6.1cm。
4.根据权利要求1、2所述的一种气体计量装置，其特征在于：所述气体容器(10)的单侧活塞移动计量的最大距离为70.736cm，最小计量刻度为0.02mm，气体计量最小精度为0.5655mL，单侧气体容器量程为2000mL，气体容器总量程为4000mL；
其中，所述的气体计量装置的气体体积计算公式为：
Q＝9π(∑h-h0)
式中，Q表示测量气体的体积；∑h表示活塞总传感距离；h0表示活塞初始传感距离。
5.根据权利要求1所述的一种气体计量装置，其特征在于：所述气体容器(10)的左侧底部弧形容器外部安装有安全阀(13)，并与排气口(3)通过管线相连。
6.根据权利要求1所述的一种气体计量装置，其特征在于：位移计量传感器(8、9)与超量程传感器(11、12)将接收到的信号传递给信号处理系统，并通过计算机控制系统(16)将处理结果反馈给气动阀(4、5)和安全阀(13)。
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