[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测钟罩式气体流量标准装置容积精度的装置，尤其涉及一种对高精度钟罩式气体流量标准装置进行分阶容积的检测装置，属于钟罩容积精度检测技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明采取以下技术方案：

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。

本发明由接触式长度计(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。