圆形截面气体流量标准装置内部分阶容积的检测机构制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种圆形截面气体流量标准装置内部分阶容积的检测机构，包括支架，支架上固定设置可进行上下移动的纵向移动机构，纵向移动机构上部设有旋转机构，旋转机构由旋转伺服电机提供驱动力，带动旋转测量臂转动，旋转测量臂两端分别设有一个气动接触式长度计；长度计的测头弹出，接触罩体内壁，从而测出罩体截面的弦长，旋转测量臂转动X角度，接触式长度计测头再次弹出，接触罩体内壁，测出罩体截面的另一弦长，直至转动一周，测出360/X个弦长；控制系统据此计算出罩体截面面积；纵向移动机构竖直移动设定的距离，并根据不同罩体截面面积及纵向移动机构的移动距离，计算出钟罩式气体流量标准装置有效计量段的分阶容积。

【技术实现步骤摘要】

本技术一种对圆形截面气体流量标准装置内部分阶容积的检测机构，属于钟罩容积精度检测

技术介绍
钟罩式气体流量标准装置是标定气体流量计的主要设备，也是低压范围内气体流量的基标准装置，被各国计量技术机构作为流量计量的原始标准。作为依据流量基本定义予以实现的原始标准，量值能否准确溯源到长度、时间等基本量，关键取决于能否准确地测量钟罩容积。由于钟罩由上至下逐级排出部分容积的气体，因而检定钟罩容积的关键是对其有效计量段进行分阶容积测量。现有测量方法主要有容积法和尺寸测量法。容积法通过以气排水的置换方法来测量钟罩内部的容积，由于水不断蒸发，很难控制水温与气温达到一致，因而这种方法难以获得理想的结果。对于500L以上的钟罩，尺寸测量法直接而准确，为国际上许多计量技术机构所推荐。中国计量科学研究院2006年底研制完成了不确定度小于0.1％的1000L钟罩式气体流量标准装置。王池等应用π尺法、激光跟踪法和外径千分尺法，分别对钟罩不同截面上的外径进行了测量。崔骊水分析了这三种方法产生差异的原因，使用超声测厚的方法和置换法进行实验，在此基础上，使用长度测量仪器直接测量了罩体的内部容积。由于罩体本身的形位精度高，钟罩排出气体体积和罩体的内部容积直接关联，因而π尺法、激光跟踪法和外径千分尺法等外径测量方法属于间接测量，必须结合壁厚测量，因而会引入较大测量不确定度(0.02％左右)；考虑到钟罩式气体流量标准装置的工作特点，需要获得的是罩体经过任意始末位置所排出的标准空气体积量，受轴向和径向尺度限制，通用长度测量仪器难以按罩体的工作方式测得分阶容积，且钟罩的截面不可能是一个严格意义上的圆，以圆代面的计算方法引入测量不确定度；即便截面的圆度很好，长度测量装置的旋转主轴也无法准确地置于罩体中心。综上，现有的尺寸测量法测量难度较大，测量不确定度较高，如何提供一种测量钟罩式气体流量标准装置内部分阶容积的高精度测量仪器和测量方法是本领域的一个技术难题。
技术实现思路
本技术需要解决的技术问题是：现有技术采用尺寸测量法测量钟罩式气体流量标准装置的内部容积的难度较大，测量不确定度较高，如何提供一种测量钟罩式气体流量标准内部分阶容积的高精度测量仪器和测量方法是本领域的一个技术难题。本技术采取以下技术方案：一种高精度钟罩式气体流量标准装置内部分阶容积的测量装置，包括支架2，所述支架2上固定设置可进行上下移动的纵向移动机构，所述纵向移动机构上部设有旋转机构，所述旋转机构由旋转伺服电机8提供驱动力，带动旋转测量臂4转动，旋转测量臂4两端分别设有一个气动接触式长度计5；待测钟罩罩体固定套设在所述测量装置的外部，使接触式长度计5与罩体待测区域的高度对应；压缩空气推动接触式长度计5的测头弹出，接触罩体内壁，测出罩体截面的弦长，旋转伺服电机8转动X角度，接触式长度计5的测头再次弹出，接触罩体内壁，测出罩体截面的另一弦长，直至转动一周，测出360/X个弦长；控制系统据此计算出罩体截面面积；纵向移动机构竖直移动设定的距离，再次测出另一罩体截面的360/X个弦长，控制系统据此计算出该截面面积；控制系统根据不同罩体截面面积及纵向移动机构的移动距离，计算出钟罩式气体流量标准装置有效计量段的分阶容积。本技术由接触式长度计(准确度±1μm)和旋转测量臂组成弦长测量机构，利用相对测量法并经初始化标定，将长度测量范围拓宽到1m左右，长度量值溯源到国家长度基准；无需确定测量臂旋转中心和长度计的准确位置，可获得长度计与罩体接触点的空间坐标，从而确定各层截面的轮廓；应用新算法(面积扫描法，并结合了圆度误差法的某些优点)计算截面面积，光栅尺和线性编码器测量各罩体截面的间距；最终形成一个分阶容积数据表。钟罩式气体流量标准装置在实际工作中根据该表插值，求得下降的钟罩经过任意始末位置所排出的空气体积量。进一步的，所述纵向移动机构包括滚珠丝杠3、直线伺服电机1，导杆7，直线伺服电机1带动滚珠丝杠3转动，滚珠丝杠3带动导杆7竖直移动，进而带动旋转测量臂4竖直移动。进一步的，还包括旋转伺服控制系统，控制旋转臂按给定的角度旋转。进一步的，还包括步进伺服控制系统，控制滚珠丝杠3轴向等距离步进。进一步的，还包括光栅尺和线性编码器，精确测量罩体各截面的轴向间距。进一步的，还包括用于固定钟罩罩体的支撑座9。进一步的，还包括水平调节机构，所述水平调节机构位于支撑座9顶部，通过罩体顶部配备X-Y向水平调节装置，并结合起吊装置的调整机构，将罩体安放水平，使之始终处于竖直状态。本技术的有益效果在于：1)测量精度大大提高，钟罩测量不确定度可达0.06％以下。2)测量、使用方便。3)通过间接方法，结合现有的数学工具，解决了实际的技术难题，设计巧妙。4)自动获取测量数据，自动化程度高。附图说明图1是本技术高精度钟罩式气体流量标准装置内部分阶容积的测量装置的示意图。图2是本技术高精度钟罩式气体流量标准装置内部分阶容积的测量装置的外形结构示意图。图3是本技术高精度钟罩式气体流量标准装置内部分阶容积的测量装置部分结构示意图。图4是图3的局部放大图。图5是图3的局部放大图。图6是纵向移动机构纵向移动的原理图。图7是旋转机构旋转的原理图。图8是控制系统硬件框图。图9是测量弦长示意图。图10是某一截面的轮廓点坐标示意图。图11是每一截面面积的测量结果。图中，1.直线伺服电机，2.支架，3.滚珠丝杠，4.旋转测量臂，5.气动接触式长度计，6.气缸，7.导杆，8.旋转伺服电机。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进一步说明。参见图1-图7，测量装置基本工作原理：将罩体沿轴向划分为若干截面层，分别测量截面面积及各截面间距，构成若干体积单元，整理计算后形成一分阶容积数据表。由于罩体截面并不是一个严格意义上的圆，测量件的旋转主轴难以准确地置于罩体中心，所以通过测量弦长，并结合面积扫描法和圆度误差法计算截面面积。测量装置主要包括以下八个部分：接触式长度计5：主要长度测量仪器；旋转测量臂4：作为接触式长度计的承载体；旋转伺服控制系统：控制旋转臂按给定的角度旋转；步进伺服控制系统：控制滚珠丝杠轴向等距离步进；滚珠丝杠3：轴向步进的驱动机构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆形截面气体流量标准装置内部分阶容积的检测机构，其特征在于：包括支架(2)，所述支架(2)上固定设置可进行上下移动的纵向移动机构，所述纵向移动机构上部设有旋转机构，所述旋转机构由旋转伺服电机(8)提供驱动力，带动旋转测量臂(4)转动，旋转测量臂(4)两端分别设有一个气动接触式长度计(5)；待测钟罩罩体固定套设在测量装置的外部，使接触式长度计(5)与罩体待测区域的高度对应；压缩空气推动接触式长度计(5)的测头弹出，接触罩体内壁，测出罩体截面的弦长，旋转伺服电机(8)转动X角度，接触式长度计(5)的测头再次弹出，接触罩体内壁，测出罩体截面的另一弦长，直至转动一周，测出360/X个弦长；控制系统据此计算出罩体截面面积；纵向移动机构竖直移动设定的距离，再次测出另一罩体截面的360/X个弦长，控制系统据此计算出该截面面积；控制系统根据不同罩体截面面积及纵向移动机构的移动距离，计算出钟罩式气体流量标准装置有效计量段的分阶容积。

【技术特征摘要】
1.一种圆形截面气体流量标准装置内部分阶容积的检测机构，其特征在于：
包括支架(2)，所述支架(2)上固定设置可进行上下移动的纵向移动机构，所述纵向移动机构上部设有旋转机构，所述旋转机构由旋转伺服电机(8)提供驱动力，带动旋转测量臂(4)转动，旋转测量臂(4)两端分别设有一个气动接触式长度计(5)；
待测钟罩罩体固定套设在测量装置的外部，使接触式长度计(5)与罩体待测区域的高度对应；
压缩空气推动接触式长度计(5)的测头弹出，接触罩体内壁，测出罩体截面的弦长，旋转伺服电机(8)转动X角度，接触式长度计(5)的测头再次弹出，接触罩体内壁，测出罩体截面的另一弦长，直至转动一周，测出360/X个弦长；控制系统据此计算出罩体截面面积；纵向移动机构竖直移动设定的距离，再次测出另一罩体截面的360/X个弦长，控制系统据此计算出该截面面积；控制系统根据不同罩体截面面积及纵向移动机构的移动距离，计算出钟罩式气体流量标准装置有效计量段的分阶容积。...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚新红，王灿，刘夷平，陈超，张进明，
申请(专利权)人：上海市计量测试技术研究院，
类型：新型
国别省市：上海;31