一种高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及高准确度流量标准装置，特别涉及一种高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，解决了现有气体流量标准装置不具有保持准确度长期稳定性和适应高准确度要求的结构形式，且不具备对工作气体介质工况参数的实时高准确度的检测能力的技术问题。一种高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，包括驱动及其相关机构、底座和缸体，缸体为无法兰的圆柱形构件，且设置在驱动及其相关机构与底座之间，驱动及其相关机构包括互相连接的伺服电机、减速器、齿形同步轮带、滚珠螺母丝杠副、缸体上盖和活塞，滚珠螺母丝杠副的回转螺母安装在缸体上盖中心，滚珠螺母丝杠副下端通过设置在活塞下方的活塞法兰紧固连接，缸体上盖设有球栅测量系统。

A single cylinder piston type gas flow standard device of high end reference stage

【技术实现步骤摘要】
一种高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置
本技术涉及高准确度流量标准装置，特别涉及一种高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置。
技术介绍
流量标准装置是流量计量领域实现量值传递的必备设备。近些年国内开始出现准确度较高的单缸活塞式气体流量标准装置。其中较早的专利有公告号为102175292A的专利与公告号为205620002U的专利。从这些专利表述的
技术介绍
中可以看出技术人对其技术在所属的标准装置类型中的准确度的定位，按专业角度在0.2～0.3级，有关资料文献将此准确度等级划入标准装置的基准级低档。而在此类装置中，当其输出气体介质流量高达0.05级要求时，单缸活塞式气体流量标准装置是一种中小流量气体流量量值传递的高档基准级贵重设备。这就要求所制作的装置具有适应高准确度要求的结构形式和对工作气体介质工况参数的实时高准确度的检测能力；同时，还需要有保持准确度长期稳定性的技术方案，以减少维护费用与延长使用寿命，但是现有的流量标准装置在结构和功能上并不能达到上述标准。
技术实现思路
本技术的目的在于：本技术的目的是提供一种高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，使之具有满足扩展不确定度可达0.05级要求的活塞缸体结构、活塞匀速驱动机构及其位移反馈检测的闭环测量以及确保气体工况参数满足实时高准确度要求的检测能力的分布式前端设备，特别提供了有别于现行同类装置的能保持长期稳定准确度的无法兰缸体结构方案。本技术为了实现上述目的，具体采用以下技术方案：一种高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，包括驱动及其相关机构、底座和缸体、行程距离检测部件和实时高准确度的气体工况参数检测现场前端设备。缸体为无法兰的圆柱体形状构件，是一种采用晶相组织均匀的冷轧无缝钢管制成的无法兰、无内外阶梯圆柱面、无焊接接口和其他加工孔洞，仅只有内壁经过高精加工使圆度与圆柱度满足体积测量不确定度分量要求的圆筒式结构件，为立式安装结构，且采用四个外部光杠通过防松螺母组合拉紧在驱动及其相关机构与所述底座之间，底座为缸体的下端承担密封作用。驱动及其相关机构包括互相连接的伺服电机、减速器、齿形同步轮带、滚珠螺母丝杠副、缸体上盖和活塞，活塞上设置了密封环，由驱动及其相关机构带动在缸体的内部做上下匀速运动，并由缸体上盖上设置的球栅测量系统来测量行程距离并记录单位时间的移动量，滚珠螺母丝杠副的回转螺母安装在缸体上盖的中心，滚珠螺母丝杠副的下端通过设置在活塞下方的活塞法兰紧固连接。进一步地，活塞的上方连接有三个内部光杠，所述的内部光杠的上方连接有丝杠上法兰，内部光杠的下方与活塞法兰相连，活塞及其驱动机构借用缸体上盖作为机座，设计了安装在缸体上盖轴线位置的螺母旋转式精密滚珠螺母丝杠副作为活塞位移执行机构；高性能交流伺服电机经精密减速器后通过齿形同步轮带驱动轴向固定的螺母旋转，带动滚珠螺母丝杠副使连接在丝杠下端的活塞作往复直线运动，在丝杠螺母安装平面的外圆周0°、90°、180°位置平行缸体轴线安装三组用于活塞移动导向的直线滚珠导套，三根与缸体轴线平行的导向内部光杠作为活塞移动导向杆与滚珠导套无间隙配合，内部光杠上端通过法兰盘与丝杠顶端固定，内部光杠的下端连同丝杠一起与活塞固定连接；活塞与缸体配合的外圆柱面分别在上下以及中部配置自润滑导向环与多层密封的组合式密封件。进一步地，内部光杠1-8的外部套设有直线滚珠导套1-9。进一步地，缸体上盖1-5上设置有指令控制开关1-12和断电保护开关1-11。进一步地，活塞法兰1-6与丝杠上法兰1-10均设置有行程位置发讯杆1-13，行程位置发讯杆1-13为带有凸台1-14的阶梯形转轴。进一步地，所述的行程距离检测部件为高准确度不锈钢球栅尺测量系统，采用读数头固定球栅尺移动方式工作，球栅测量系统包括相互连接的读数头1-16、球栅尺1-17和万向球轴承1-18，读数头1-16通过安装架固定在缸体上盖1-5上，读数头1-16上设置有配合孔，配合孔的内部套设了球栅尺1-17，万向球轴承1-18设置在球栅尺1-17的两端，测量系统读数头1-16固定在底座2上的活塞1-7导向内部光杠1-8同圆270°位置的专用支架上与缸体轴线平行安装，球栅尺1-17采用设计人申报的浮动安装结构专利，依附在导向内部光杠1-8上法兰与活塞1-7之间且与读数头1-16导向孔配合，随活塞1-7同步运动；读数头1-16通过球栅尺1-17采集到的活塞1-7移动数据直接输入设置在计算机内的时基接口卡内的计数器，获取准确的活塞1-7单位时间移动量，时基接口卡为可以独立对时间量传检定的高准确度计时计数部件。进一步地，底座2为具有上凸缘的法兰结构，包括一体连接的上凸缘、底座法兰盘2-2和三个均匀分布的地脚2-3，所述的地脚2-3的高度可调节。进一步地，上凸缘外侧镶嵌有O型橡胶密封圈2-1，O型橡胶密封圈2-1与缸体3的内圆面接触配合。进一步地，底座2的法兰边缘设置有气体出入口2-4、湿度智能传感器2-6、温度智能传感器2-7和压力智能传感器2-8，用于检测工作气体的工况，气体出入口2-4和缸体3上的通道处设置有多个压力监测开关2-5。进一步地，湿度智能传感器2-6下方的设置有网罩2-10，温度智能传感器2-7的下方设置有开口式护套2-9，这种封装结构确保了检测的实时性，整机由计算机控制并配置安全保护。本技术的工作原理为：本技术在使用时，首先启动驱动及其相关机构，驱动及其相关机构由伺服电机、减速器、齿形同步轮带以及滚珠螺母丝杠副组成，丝杠副的回转螺母安装在以缸体上盖作为机座的缸体上盖中心，丝杠下端通过活塞法兰与活塞紧固连接。伺服电机启动后按控制系统指令回转，经减速器带动同步轮带使螺母旋转，活塞便可向上移动，使进出气口向气缸吸入介质气体备用。在此之后，活塞向下移动即输出介质气体作工作运行，活塞的运动由安装在丝杠螺母外侧的三根内部光杠为轨道，通过与其无间隙滚动配合且固定在机座上的直线滚珠导套导向，内部光杠的上下端分别与丝杠上法兰和活塞法兰固定连接，在机座上设置有行程终点指令控制开关和终点安全运行断电保护开关，指令控制开关为光电接近开关，以电平信号输出到控制系统。断电保护开关为触点式微动开关，直接串接在驱动电机电源回路中。在丝杠上法兰与活塞法兰上，分别安装了上下行程位置发讯杆与活塞同步运动，行程位置发讯杆为阶梯形轴有凸台，发讯杆端头用于触发控制指令保护的光电开关，发讯杆凸台则可挤压微动开关的触点切断驱动电机电源，从而分别实现对活塞行程终点的指令控制与行程失控的保护。本技术用于行程距离检测采用的是具有0.01mm距离检测能力的的高准确度球栅测量系统，球栅测量系统的读数头通过安装支架固定在机座上，并通过配合孔对球栅尺导向，球栅测量系统球栅尺的上、下端均设置了万向球轴承以满足对球栅尺体的轴向固定径向微量浮动的要求。当活塞上下移动带动球栅尺同步运动时，读数头内的通电线圈切割球栅尺内部高准确度测量球产生位移脉冲输出，可以准确报告出活塞的移动位置。缸体采用材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，其特征在于，包括驱动及其相关机构(1)、底座(2)和缸体(3)，所述的缸体(3)为无法兰的圆柱体形状构件，且采用四个外部光杠(4)通过防松螺母组合拉紧在所述驱动及其相关机构(1)与所述底座(2)之间，驱动及其相关机构(1)包括互相连接的伺服电机(1-1)、减速器(1-2)、齿形同步轮带(1-3)、滚珠螺母丝杠副(1-4)、缸体上盖(1-5)和活塞(1-7)，所述的滚珠螺母丝杠副(1-4)的回转螺母安装在所述缸体上盖(1-5)的中心，滚珠螺母丝杠副(1-4)的下端通过设置在活塞(1-7)下方的活塞法兰(1-6)紧固连接，缸体上盖(1-5)上还设置有球栅测量系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，其特征在于，包括驱动及其相关机构(1)、底座(2)和缸体(3)，所述的缸体(3)为无法兰的圆柱体形状构件，且采用四个外部光杠(4)通过防松螺母组合拉紧在所述驱动及其相关机构(1)与所述底座(2)之间，驱动及其相关机构(1)包括互相连接的伺服电机(1-1)、减速器(1-2)、齿形同步轮带(1-3)、滚珠螺母丝杠副(1-4)、缸体上盖(1-5)和活塞(1-7)，所述的滚珠螺母丝杠副(1-4)的回转螺母安装在所述缸体上盖(1-5)的中心，滚珠螺母丝杠副(1-4)的下端通过设置在活塞(1-7)下方的活塞法兰(1-6)紧固连接，缸体上盖(1-5)上还设置有球栅测量系统。


2.根据权利要求1所述的高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，其特征在于,所述的活塞(1-7)的上方连接有三个内部光杠(1-8)，所述的内部光杠(1-8)的上方连接有丝杠上法兰(1-10)，内部光杠(1-8)的下方与活塞法兰(1-6)相连。


3.根据权利要求2所述的高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，其特征在于，所述的内部光杠(1-8)的外部套设有直线滚珠导套(1-9)。


4.根据权利要求1所述的高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，其特征在于,所述的缸体上盖(1-5)上设置有指令控制开关(1-12)和断电保护开关(1-11)。


5.根据权利要求1所述的高端基准级的单缸活塞式气体流量标准装置，其特征在于，所述的活塞法兰(1-6)与丝杠上法兰(1-10)均设置有行程位置发讯杆(1-13)，所述的行程位置发讯杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铸，孙鸿，孙毓湖，
申请(专利权)人：宜宾机电一体化研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51