基于全对称柱塞结构的微小气体流量标准装置的研究

摘要

活塞式气体流量标准装置是一种可用于直接测量气体流量的容积式原级标准装置,因具有工作稳定可靠、精度高、工作压力可调、检定效率高和易实现自动化控制等特点,受到流量计量行业的极大关注。为研究国内微小气体流量量值溯源与传递方法,同时探索微尺度气体流量仪表的计量特性,本论文设计了一套对称柱塞式微小气体流量标准装置。该标准装置前后柱塞结构完全对称,利用柱塞运动置换前后气缸内相同体积的气量,以达到气体温压参数恒定,实现高精度流量测量目的。
　　本文首先分析总结了微小气体流量标准装置的分类及其研究现状,而后针对活塞式气体流量标准装置的工作原理,提出了全对称柱塞结构微小气体流量标准装置的总体设计方案、机械结构设计方案,同时根据不同被检表的特性制定了相应的检定模型。另外采用计算流体动力学方法,通过FLUENT仿真软件,对标准装置内部流场进行了动态仿真,分析验证了装置的可行性。采用PLC对不同检定模型开发设计了相应下位机检定系统,并通过LabVIEW编程平台完成了上位机检定监控和数据采集处理系统。最后对标准装置进行了一系列实验研究,并对标准装置及被检表进行了不确定度分析与评定。
　　实验研究表明,检定过程中工作腔流场温度、压力稳定,微小波动引起的不确定度可忽略不计,标准装置扩展不确定度为0.24％(k=2),能用于实现(5-1000)mL/h范围内质量流量计、皂膜流量计、浮子流量计的检定。

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表清单

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 微小气体流量标准装置分类

1.3 微小气体流量计量研究现状

1.4 活塞式流量标准装置研究现状

1.5 研究目的和研究内容

2 微小气体流量标准装置方案设计及分析

2.1 标准装置方案设计及工作原理

2.2 标准装置检定模型

2.3 标准装置特性分析

2.4 标准装置结构设计与计算

2.5 本章小结

3 校准模型设计

3.1 皂膜流量计校准设计

3.2 质量流量计校准设计

3.3 浮子流量计校准设计

3.4 临界流喷嘴校准设计

3.5 本章小结

4 微小气体流量标准装置的仿真研究

4.1 FLUENT简介

4.2 仿真模型分析

4.3 装置动态校准的仿真研究

4.4 本章小结

5 微小气体流量标准装置控制系统设计

5.1 控制系统总体设计

5.2 下位机控制系统设计

5.3 上位机检定系统设计

5.4 本章小结

6 实验研究

6.1 装置气密性实验

6.2 比对实验

6.3 装置不确定度分析及校准实验

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 工作总结

7.2论文创新点

7.3研究展望

参考文献

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