CN212273237U - 一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，其主要包括采样接头，真空口，阀体，与阀体连接的螺塞，金属弹性隔膜，喷嘴，环形垫板和螺纹压盖；还包括机芯，刻度盘，指针和压力表透明窗；机芯安装在环形垫板和金属隔膜中心上；刻度盘和指针安装在机芯上；压力表透明窗安装在螺纹压盖的外圈上；本方案由机芯，刻度盘，指针和压力表透明窗构成组合配件，通过机芯来感应金属隔膜的变形量来带动指针的转动，操作时方便简单，使用者可通过压力表透明窗直接监测控制阀工作时的实际流量。

Description

一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀

技术领域

本实用新型涉及机械制造技术领域，具体涉及一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀。

背景技术

在现代工业中阀门无处不在，有仅关断功能的阀门、流量调节的阀门、控制压力的阀门，还有控制方向的阀门，以及特种控制的阀门。在环保的气体检测领域，需要一些流动性大气采样装置，参见图1，通常采用预抽好真空的真空储气罐2，配上流量控制阀1组成。使用时打开采样阀，按流量控制阀1设定的采样速度，控制真气储气罐2的吸气采样。

从流体力学知识中我们知道，通过截面的流量Q＝kA(ΔP/ρ)^1/2。

式中：k:阻力系数或流量系数，与流道几何形状有关；

ΔP：流道前后压差；

ρ：流体的密度；

A:流道截面积。

因此，在流体及流道几何形状确定后，流体的密度为常量，阻力系数k基本保持不变，流量只与流道截面积和流道前后压差有关，流量控制分下面两种形式：

(1)节流型，如图2，通过节流阀3改变通道截面积，控制流量大小。结构简单，成本低，通常都采用这种方式控制流量，用于一些要求不高的场合。缺点是当进气压力变化时，流道前后压差会发生变化，导致流量不稳定。

(2)恒流型，利用压力调节阀稳定流道前后压差，达到稳定流量。流量不受进气压力变化影响。结构复杂，成本高，用于要求高场合。

恒流型又分：

a.定压差型，参见图3，用稳压阀4稳定流道前后压差为定值，不可调节，通过改变流道截面积，控制流量大小。

b.定面积型，参见图4，采用固定节流6，面积不变，通过压力调节阀5调节流道前后压差，控制流量大小。

真空储气罐式大气采样是由真空储气罐自动吸气，缓慢地采集被测大气。通常真空储气罐式大气采样是用于流动大气监测的采样，真空储气罐通常不能做的过大，一般容量在5～8升。为了能监测较长时间的大气质量，采样流量只有每分钟几毫升。为了得到精准的样本，采样流量应尽量恒定。由于采样流量很小，流道面积极小，图3所示的定压差型流量控制阀结构，流量调节方式难度太大，很难控制，不能满足要求。

如图4所示的定面积流量控制阀结构，采用微型孔作为节流孔，通过固定节流6来固定流道截面积，由压力调节阀5调节节流孔上下游的压力差来设置流量，压力调节相对容易实现。目前的大气采样瓶都采用定面积型流量控制阀形式调节流量。同时，为了防止被采样气体被污染，所有元器件都要采用洁净元器件。

采样真空储气罐是从大气中吸气采样，大气压是恒定的，即进气压力是恒定的。如图5所示，只需采用负压压力调节装置5反向控制节流孔后的压力，即可保证节流孔前后压差恒定，使得通过节流孔的流量基本恒定。

由于大气采样中，要尽量使真空储气罐的工作时间长，所以，控制流量的压差设置的小，压力控制阀只需用单一金属弹性隔膜就可以控制所需要的压力。现有技术如图6所示，采用金属弹性隔膜15当弹性元件，调节阀喷嘴13至金属弹性隔膜15的距离，控制金属弹性隔膜15的变形量，使金属弹性隔膜15的弹力与下游的负压力平衡，稳定负压，从而稳定节流孔后的负压，使节流孔前后的压力差稳定，实现图5的流程，达到持久精准采样的目的。但是，实际采样流量大小没有显示，无从知晓，需要事先通过专业流量测量仪器来标定，采样流量是固定的。若临时需要调整时，不能在现场情况实时调节流量和监测流量，灵活性还不足，使用不方便。

由此可见，如何解决流量的监测显示问题，增加流量的调节及显示功能，使其使用灵活方便为本领域需解决的问题。

实用新型内容

针对于现有控制阀存在不能监测实际流量的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，其通过增设常规膜盒机芯，来解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供的带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，包括采样接头，真空口，阀体，与阀体连接的螺塞，金属弹性隔膜，喷嘴，环形垫板和螺纹压盖；还包括机芯，刻度盘，指针和压力表透明窗；所述机芯安装在环形垫板和金属隔膜中心上；所述刻度盘和指针安装在机芯上；所述压力表透明窗安装在螺纹压盖的外圈上；由所述机芯，刻度盘，指针和压力表透明窗构成组合配件，用于直接监测控制阀工作时的实际流量。

进一步地，所述金属隔膜与阀体凹腔配合构成封闭容腔；所述封闭容腔通过阀体中的直角通道与采样接头外端口采样口相通，使得通过采样接口的采样流量保持恒定。

进一步地，所述封闭容腔通过喷嘴的喷口以及阀体周边通向中心孔的通道与真空口相通，用来将真空源输送到封闭容腔内；所述阀体另一周边通向中心的通道可作为真空储气罐的压力监测口。

进一步地，所述机芯主要是由摆杆，扇形齿轮，中心齿轮轴，支架，调零螺丝，游丝弹簧，安装螺钉组成；所述摆杆中包括球形感应臂和驱动臂；所述机芯的支架通过安装螺钉与环形垫板配合安装；所述摆杆的球形感应臂压在金属隔膜的中心圆垫上，用来感应所述金属隔膜的变形量，来带动摆杆转动；所述摆杆通过驱动臂控制扇形齿轮位置；所述扇形齿轮驱动中心齿轮轴；所述中心齿轮轴带动指针转动；所述游丝弹簧为平衡中心齿轮轴上的转动力矩，并驱动中心齿轮轴、扇形齿轮、摆杆复位。

进一步地，所述调零螺丝可通过刻度盘上的零件调节孔微调机芯与金属隔膜的位置，来控制机芯中摆杆上的球形感应臂压在金属隔膜中心盘片上的压紧量，以用来调整指针的零位。

本实用新型提供的一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，其通过配上常规膜盒的机芯，利用感应到隔膜的弹性变形，转换为对应的压力值，再通过压力流量换算，达到监测流量的目的。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为现有真空罐大气采样系统的原理示意图；

图2为现有节流型流量控制阀的原理示意图；

图3为现有定压差型流量控制阀的原理示意图；

图4为现有定面积型流量控制阀的原理示意图；

图5为现有常规恒流量大气采样系统的原理示意图；

图6为现有流量控制阀结构剖面图；

图7为本实用新型中的带流量示值的流量控制阀结构纵剖面图；

图8为本实用新型中的带流量示值的流量控制阀分解图；

图9为本实用新型中的带流量示值的流量控制阀外观图；

图10为常规机芯的分解示意图；

图11为本实用新型中的带流量指示的流量控制阀工作原理示意图；

图12为本实用新型中的带流量指示的流量控制阀工作原理横向剖面图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图6，其所示为现有技术流量控制阀结构剖面图，其包括采样接头10，节流孔23，金属隔膜14，喷嘴12和真空口21。其连接结构为本领域技术人员所熟知，此处不加以赘述。

负压减压装置中的压力感应是采用金属隔膜14当弹性元件，调节阀喷嘴至隔膜的距离，控制金属隔膜14的变形量，使金属隔膜14的弹力与下游的负压力平衡，稳定节流孔后的负压，使节流孔前后的压力差稳定，从而保证流量稳定。金属隔膜14的变形反应了压力的大小，与常规膜盒式压力表中膜盒的工作原理相同。

本实用新型在图6的流量控制阀结构的基础上增设配上膜盒压力表机芯，可利用金属隔膜14工作时的变形，配上膜盒压力表机芯将金属隔膜14的弹性变形转化放大为压力表指针的旋转位移，指示压力值的大小，再按论述的压力与流量的关系，换算成流量值，达到监测流量的目的。

其中，参见图7-图9，其所示为本实用新型提供的带流量示值的流量控制阀结构示意图。由图可知，本实用新型给出的流量控制阀包括采样接头10，阀体11，喷嘴12，螺塞13，金属隔膜14，环形垫板15，螺纹压盖16，机芯17，指针18，刻度盘19和透明窗20。

具体的，采样接头10为常规管路接头，本方案中为双卡套接头形式，采样接头中镶嵌有微型孔节流器。

阀体11为扁平圆盘状，后部有小凸台，前部为凹腔；小凸台中有中心通孔，中心孔为多台阶孔，最低端为螺纹孔；前部凹腔内为多台阶凹腔，凹腔底部外圈台阶上有密封槽，并置入密封圈；凹腔外侧为螺纹孔；圆盘周边有通向其中心孔的通道，亦可为两条通道；圆盘周边还有通向凹腔底部的直角隧道，与采样接头连接。

喷嘴12为柱状，外部后端为螺纹，前端为带环形槽的圆柱，前端顶部中心为喷口，喷口通向喷嘴中部，与环形的圆柱中部外周边上侧孔相通。喷口处和带环形的圆柱外周设置有密封圈12a。喷嘴12拧入阀体11的中心通孔中，可以根据螺纹进行前后调节。

螺塞13为带帽的螺塞，拧入阀体11的中心后端侧，可通过拆装螺塞13来调节封闭容腔11a内的负压值。

金属隔膜14为带环状波纹的薄壁圆盘，外侧中心有圆垫。金属隔膜14置于阀体的凹腔底部台阶上，上面压上环形垫板15。

环形垫板15为圆环形，一侧端面上有多个螺纹孔，环形垫板15的方向与机芯17的安装方向一致，再拧入螺纹压盖16压紧环形垫板15和金属隔膜14；螺纹压盖16为圆环形，外周为螺纹。

参见图10，由图可知，机芯17是由摆杆17a，扇形齿轮17b，中心齿轮轴17c，支架17d，调零螺丝17e，游丝弹簧17f，安装螺钉17g等组成；其中摆杆17a中包括球形感应臂17h和驱动臂17i。机芯17通过支架17d用安装螺钉17g安装在环形垫板15上；机芯17中摆杆上的球形感应臂17h压在金属隔膜14中心圆垫上，用来感应金属隔膜14的变形量，带动摆杆17a转动；驱动臂17i用于控制扇形齿轮17b的位置；扇形齿轮17b转动来驱动中心齿轮轴17c，并预紧游丝弹簧17f。

刻度盘19为常规压力表刻度盘，刻度盘19上开有安装孔和零位调节孔，按实际标定的流量值转换成刻度流量，刻度盘19由螺钉拧在机芯上。

指针18为常规压力指针，安装在机芯的中心齿轮17c上，由中心齿轮17c带动压力指针18转动。

透明窗20为常规盖形压力表透明窗，其扣在螺纹压盖16外圈，保护指针18的正常工作。

金属隔膜14与阀体11凹腔配合构成封闭容腔11a，封闭容腔11a通过阀体11中的直角隧道与采样接头外端口采样口相通,使得通过采样接头10的采样流量保持恒定；封闭容腔11a通过喷嘴12的喷口和阀体11周边通向中心孔的通道与真空口相通，用来将真空源输送到封闭容腔内；另一周边通向中心的通道可作为真空储气罐的压力监测口22。

真空储气罐2预先抽成空气，由压力监测口22监测其内压力。在其具体应用时，开启真空储气罐2阀门，开始吸气。如图11-图12所示，真空源由阀体的真空口21导入喷嘴12中心喷口，进入封闭容腔11a，封闭容腔11a通过阀体11的直角通道与采样接头10相通。真空源首先使封闭容腔11a中压力降低，在金属隔膜14两侧，与大气压产生压力差，受压力差的作用，金属隔膜14被吸向喷嘴12，发生弹性变形，形成间隙节流。

压力差产生的吸力与金属隔膜14的弹力相互平衡，决定金属隔膜14的凹曲程度，直至封闭容腔11a内形成稳定的负压。卸下螺塞13，可通过调节喷嘴12进出，调节喷嘴12与金属隔膜14的间隙，控制金属隔膜14弹性变形量，从而控制金属隔膜14两侧的压力差，也就是调节封闭容腔11a的负压值。调节完成后再用螺塞13封住固定。

如上所述，封闭容腔11a通过阀体11的直角通道与采样接头相通，封闭容腔11a中的稳定的负压与外部的大气压在采样接头10节流孔两侧产生稳定的压力差，根据前面所述的原理，使得通过采样接头10的采样流量保持恒定,直到真空储气罐2采样接近充满为止。

同时，安装在环形垫板15上的机芯17，通过压在金属隔膜14圆垫上的球形感应臂感17h应金属隔膜14的变形量，带动摆杆17a转动；摆杆17a通过其上面的驱动臂17i控制扇形齿轮17b位置；扇形齿轮17b转动来驱动中心齿轮轴17c，并预紧游丝弹簧17f；按其之间的传动比放大中心齿轮轴17c的角位移，最终带动指针18转动，指示对应的流量值。

游丝弹簧17f为平衡中心齿轮轴上的转动力矩，上述中心齿轮轴17c、扇形齿轮17b、摆杆17a均可通过游丝弹簧17f的驱动来进行复位。

需要时，可通过刻度盘19上的零件调节孔19a，机芯17中的调零螺丝17e可微调机芯17与金属隔膜14的位置，控制机芯中摆杆上的感应臂17h压在金属隔膜14中心盘片上的压紧量，调整指针18的零位。

根据上述方案构成的一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，其在原有的控制阀基础上，配上常规膜盒的机芯，感应金属隔膜的弹性变形，利用金属隔膜的工作弹性变形，转换为对应的压力值，在通过压力流量换算，直接指示流量值。其成本增加不多，功能大幅提升。

其次，克服了之前采样盲测流量问题，可直接监测大气采样工作时的实际流量，并可根据需要现场随时调整，获得理想的采样流量值。

另外，本实用新型不需要事先用仪器进行繁琐流量检测标定，使用方便。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，包括采样接头，真空口，阀体，与阀体连接的螺塞，金属弹性隔膜，喷嘴，环形垫板和螺纹压盖；其特征在于，还包括机芯，刻度盘，指针和压力表透明窗；所述机芯安装在环形垫板和金属隔膜中心上；所述刻度盘和指针安装在机芯上；所述压力表透明窗安装在螺纹压盖的外圈上；由所述机芯，刻度盘，指针和压力表透明窗构成组合配件，用于直接监测控制阀工作时的实际流量。

2.根据权利要求1所述的一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，其特征在于，所述金属隔膜与阀体凹腔配合构成封闭容腔；所述封闭容腔通过阀体中的直角通道与采样接头外端口采样口相通，使得通过采样接口的采样流量保持恒定。

3.根据权利要求2所述的一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，其特征在于，所述封闭容腔通过喷嘴的喷口以及阀体周边通向中心孔的通道与真空口相通，用来将真空源输送到封闭容腔内；所述阀体另一周边通向中心的通道可作为真空储气罐的压力监测口。

4.根据权利要求1所述的一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，其特征在于，所述机芯主要是由摆杆，扇形齿轮，中心齿轮轴，支架，调零螺丝，游丝弹簧，安装螺钉组成；所述摆杆中包括球形感应臂和驱动臂；所述机芯的支架通过安装螺钉与环形垫板配合安装；所述摆杆的球形感应臂压在金属隔膜的中心圆垫上，用来感应所述金属隔膜的变形量，来带动摆杆转动；所述摆杆通过驱动臂控制扇形齿轮位置；所述扇形齿轮驱动中心齿轮轴；所述中心齿轮轴带动指针转动；所述游丝弹簧为平衡中心齿轮轴上的转动力矩，并驱动中心齿轮轴、扇形齿轮、摆杆复位。

5.根据权利要求4所述的一种带流量示值的大气采样瓶流量控制阀，其特征在于，所述调零螺丝可通过刻度盘上的零件调节孔微调机芯与金属隔膜的位置，来控制机芯中摆杆上的球形感应臂压在金属隔膜中心盘片上的压紧量，以用来调整指针的零位。

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