一种往复式柱塞气体动态流量控制系统技术方案

一种往复式柱塞气体动态流量控制系统，包括往复式柱塞气体流量发生装置，往复式柱塞气体流量发生装置包括第一缸体和第二缸体，第一缸体通过第四气动阀以及第二缸体通过第三气动阀均连接有缓冲罐，缓冲罐通过音速喷嘴连接有调节阀的一端，调节阀的另一端连接有真空泵。本实用新型专利技术的气体流量发生装置由两组相同的活塞系统组成，活塞系统中的伺服电机通过减速器连接丝杆，按照既定的速度推动柱塞的运动，将柱塞缸内的气体挤压排出，在整个气体发生的过程中，真空泵对音速喷嘴下游的真空罐抽真空，以达到音速喷嘴的临界流条件，动态气体流量的发生与音速喷嘴的滞止压力变化相关，改变音速喷嘴上游的滞止压力，能够实现对动态气体流量的控制。体流量的控制。体流量的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种往复式柱塞气体动态流量控制系统


[0001]本技术涉及流量计量
，尤其是一种往复式柱塞气体动态流量控制系统。

技术介绍

[0002]流量计量作为计量科学技术的组成部分之一，贯穿在科学研究和生活中，根据物理特性的不同，流量的被测流体可分为气体、液体和混合流体三种，动态流量又可称之为非稳态流量，是流体的特征之一，气体的动态流量主要是因为气体本身的流动规则比较杂乱，且自然界中的气体均具备粘性和压缩性，因此，压力和温度在气体流动过程中所产生的影响是非常显著的，整个动态的过程是很难通过简单的物理模型精确地表示出来，更重要的是，气体流量也极易受到外部环境的干扰，虽然研究时讨论理想气体会为问题的解决提供更为便捷和简单的方案，但实际情况下是不存在的。
[0003]目前，气体的动态流量研究主要集中与理论层面的深化研究和实际工程领域内的应用，国外大量文献论述了非稳定气体流量的测量，其中大部分的研究均采用活塞缸产生非稳态流量，但是对于非稳态流量发生源的研究不多，目前，可用于测试气体流量计动态性能的装置很少，缺乏实验测试研究，而且对气体的动态性能评价大部分处于对脉动流情况下的分析，对于连续流条件下非周期性的交变流量研究较少，实际工况中出现的非周期性交变流量波动变化情况复杂，频率覆盖范围广，这就对气体流量发生器提出更高的要求，且对稳态流量发生的控制要求也随之提高。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过临界流流量计对装置进行测试，恢复实现双活塞系统的三种模式并完成气体动态流量发生的装置及控制系统。
[0005]本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006]一种往复式柱塞气体动态流量控制系统，包括往复式柱塞气体流量发生装置，所述往复式柱塞气体流量发生装置包括第一缸体和第二缸体，所述第一缸体和第二缸体的结构相同，往复式柱塞气体流量发生装置是结合临界流喷嘴的临界特性，通过电子凸轮的控制方式改变柱塞的速度，从而使喷嘴上游的滞止压力不断变化来产生可控的动态气体流量。
[0007]所述第一缸体包括设置在其内部的第一柱塞，所述第一柱塞连接有第一丝杆，所述第一丝杆通过第一减速器连接有第一伺服电机，所述第一伺服电机控制所述第一丝杆推动所述第一柱塞在第一缸体内动作，所述第一缸体上设置有第一气动阀和第四气动阀；
[0008]所述第二缸体包括设置在其内部的第二柱塞，所述第二柱塞连接有第二丝杆，所述第二丝杆通过第二减速器连接有第二伺服电机，所述第二伺服电机控制所述第二丝杆推动所述第二柱塞在第二缸体内动作，所述第二缸体上设置有第二气动阀和第三气动阀；
[0009]所述第一缸体通过第四气动阀以及所述第二缸体通过第三气动阀均连接有缓冲
罐，所述缓冲罐位于所述第一缸体和第二缸体的出口下游，所述缓冲罐通过音速喷嘴连接有调节阀的一端，所述调节阀的另一端连接有真空泵；
[0010]所述往复式柱塞气体流量发生装置的控制运行方式包括单缸模式、双缸并联模式和双缸串联模式。
[0011]优选的，所述第一缸体连接有第一压力变送器和第一温度变送器，通过所述第一压力变送器和第一温度变送器将所述第一缸体内的气体压力和温度进行记录。
[0012]优选的，所述第二缸体连接有第二压力变送器和第二温度变送器，通过所述第二压力变送器和第二温度变送器将所述第二缸体内的气体压力和温度进行记录。
[0013]优选的，所述缓冲罐内连接有第三压力变送器和第三温度变送器，通过所述第三压力变送器和第三温度变送器将所述缓冲罐内的气体压力和温度进行记录。
[0014]优选的，所述往复式柱塞气体流量发生装置的单缸模式的控制方法为：
[0015]只有一个活塞缸体运行，即第一缸体或第二缸体的单一运行，在第一柱塞或第二柱塞启动前，打开真空泵对下游抽真空，保证音速喷嘴的下游压力达到临界背压比，在启动第一柱塞或第二柱塞时，同时打开第四气动阀或第三气动阀，打开调节阀，关闭第一气动阀和第三气动阀，或关闭第四气动阀和第二气动阀，使得随着第一柱塞或第二柱塞的运动，第一缸体或第二缸体内的气体流动路线为缸体、管道、第四气动阀或第三气动阀、缓冲罐、音速喷嘴，第一柱塞或第二柱塞加速到既定速度后，保持匀速运行，直至完成整个流量发生过程或到达上限位，第一柱塞或第二柱塞减速到零。
[0016]优选的，所述往复式柱塞气体流量发生装置的双缸并联模式的控制方法为：
[0017]第一缸体和第二缸体同时运行，在第一柱塞和第二柱塞启动前，打开真空泵对下游抽真空，保证音速喷嘴的下游压力达到临界背压比，第一柱塞和第二柱塞同步启动时，同时打开第四气动阀、第三气动阀和调节阀，关闭第一气动阀和第二气动阀，使得随着第一柱塞和第二柱塞的运动，第一缸体和第二缸体内的气体流动路线均为从第一缸体和第二缸体通过缓冲罐向音速喷嘴运行，第一柱塞和第二柱塞加速到既定速度后，保持匀速运行，直至完成整个流量发生过程或到达上限位，第一柱塞和第二柱塞同步减速到零。
[0018]优选的，所述往复式柱塞气体流量发生装置的双缸串联模式的控制方法为：
[0019]在第一柱塞和第二柱塞启动前，打开真空泵对下游抽真空，保证音速喷嘴的下游压力达到临界背压比，第一柱塞和第二柱塞启动时，第一缸体首先按照单缸模式进行运行，发生气体流量，当运送时间到达设定的两缸交替时间时，第一柱塞进行减速运行，第二柱塞进行加速运行，到特定时刻时完成第一柱塞和第二柱塞的交替任务，随后，第二缸体按照单缸模式进行运行，发生气体流量，交替过程中均设定第一柱塞和第二柱塞的加速度为最大加速度，以保证两者交替时间一致，减少交替所带来的流量波动。
[0020]优选的，往复式柱塞气体流量发生装置采用基于EtherCAT的工业以太网总线进行控制，实时以太网EtherCAT是一个以太网为基础的开放架构的现场总线系统，装置的电控系统主要由电气部件、工控机、EtherCAT I/O模块、伺服驱动器、伺服电机等模块构成，EtherCAT本身的开放性与包容性解决了软硬件匹配的问题，不仅大大降低了系统的开发成本，同时也便于人机之间的交互以及硬件与硬件、硬件与软件之间的交互。
[0021]本技术的优点和积极效果是：
[0022]1、本技术的气体流量发生装置由两组相同的活塞系统组成，主要用于微小流
量的计量，活塞系统中的伺服电机通过减速器连接丝杆，按照既定的速度推动柱塞的运动，将柱塞缸内的气体挤压排出，缓冲罐位于活塞缸的出口下游，主要起到稳定气流的作用，在整个气体发生的过程中，真空泵对音速喷嘴下游的真空罐抽真空，以达到音速喷嘴的临界流条件，动态气体流量的发生与音速喷嘴的滞止压力变化相关，当改变伺服电机的转速从而改变柱塞的运行速度，即改变音速喷嘴上游的滞止压力，能够实现对动态气体流量的控制。
[0023]2、由于传统的PLC无法满足高实时性和快响应速度的要求，导致两个电机协同性能不够以及无法实现复杂轨迹的控制，因此，本技术的气体动态流量控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种往复式柱塞气体动态流量控制系统，其特征在于：包括往复式柱塞气体流量发生装置，所述往复式柱塞气体流量发生装置包括第一缸体(8)和第二缸体(7)，所述第一缸体(8)和第二缸体(7)的结构相同，所述第一缸体(8)包括设置在其内部的第一柱塞(85)，所述第一柱塞(85)连接有第一丝杆(86)，所述第一丝杆(86)通过第一减速器(87)连接有第一伺服电机(88)，所述第一伺服电机(88)控制所述第一丝杆(86)推动所述第一柱塞(85)在第一缸体(8)内动作，所述第一缸体(8)上设置有第一气动阀(82)和第四气动阀(81)；所述第二缸体(7)包括设置在其内部的第二柱塞(75)，所述第二柱塞(75)连接有第二丝杆(76)，所述第二丝杆(76)通过第二减速器(77)连接有第二伺服电机(78)，所述第二伺服电机(78)控制所述第二丝杆(76)推动所述第二柱塞(75)在第二缸体(7)内动作，所述第二缸体(7)上设置有第二气动阀(72)和第三气动阀(71)；所述第一缸体(8)通过第四气动阀(81)以及所述第二缸体(7)通过第三气动阀(71)均连接有缓冲罐(6)，所述缓冲罐(6)位于所述第一缸体(8)和第二缸体...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐峥，徐志鹏，蒋庆，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：