[发明专利]一种毛细管路气阻测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种毛细管路气阻测量装置及测量方法。本发明包括二级串联闭环稳压气源、测量模块、硬件控制系统以及计算机。由二级串联闭环稳压气源提供高准确度和稳定性气压；由测量模块测量毛细管路输入端与输出端的温度、气压以及通过毛细管路的流量，独立设计的连接件可将管路连接与传感器安装对管路内气体流动的影响降至最小，提高了测量结果的精度；由硬件控制系统实现二级串联闭环稳压气源的闭环控制、管路压力的调节以及传感器数据的传输；由计算机程序根据公式R＝λρl/A计算气阻值，在完成一次测量后，保存数据并绘制不同输入气压下气阻的特性曲线，同时可分析气阻特性。

技术领域

本发明涉及分析及测量控制技术领域，尤其是涉及一种毛细管路气阻测量装置及测量方法。

背景技术

在超精密加工及超精密检测技术领域，无论是精密加工，还是测量仪器，都对机械部分提出了十分苛刻的要求。实践证明，气体静压润滑技术具有速度快、精密度高、摩擦损耗小、耐高低温及耐原子辐射、无污染或少污染、寿命长、结构简单等显著优点。然而，气体静压润滑技术存在承载能力低、刚度小及稳定性差等重大技术难题。气体静压节流器是实现气体静压润滑技术的核心部件，因此正确而合理地选取和计算气体静压节流器的结构和参数，是气体静压系统设计中必不可少的重要内容。

传统对气体静压节流器承载力、刚度和稳定性的研究主要采用理论计算、数值仿真和实验观察等方法，然而这些方法存在计算量大、仿真时间长、灵活性差等缺点。近几年，为研究管路内流体的一些运动状态问题，很多学者将管道中的压力、流量与电路中的电压、电流相关联，建立管道系统的等效电路模型，继而实现重要参数的简化计算，这种类比尤其在液压系统中得到广泛应用。基于等效电路模型在不可压缩流体系统中的成功应用，为此有必要研究可压缩流体系统的等效电路模型。通过建立气体静压节流器的等效电路模型，为气体静压节流器的承载力、刚度和稳定性的计算提供了更为简便且具有较高精度的方法。

传统对气体静压节流器等效电路模型的建立主要是针对气膜压力分布，在不考虑启动和停止两个瞬态过程的情况下，将气阻等效为线性元件，采用仿真、数值和实验结合的方式，由等效电路模型重建气膜压力分布，与仿真结果和实验结果进行对比，以此验证等效电路模型的正确性。然而，由于气体的可压缩性以及节流器内部结构的复杂性，气阻实际呈现非线性，同时传统理论中未对气阻进行准确的定义，导致利用等效电路模型进行计算时存在较大误差。本文将气阻定义为一个由管路尺寸决定的参数，同时受到气体密度与沿程阻力系数的影响，其定义式为R＝λρl/A，其中R为气阻值，λ为沿程阻力系数，ρ为气体密度，l为管路长度，A为管路截面积。

由于节流器内部多为毫米级别的圆柱形流道，因此有必要研制一种高精度毛细管路气阻测量装置及测量方法，研究气阻R与气体密度ρ、沿程阻力系数λ、管路长度l和管路截面积A之间的关系，为气体静压节流器等效电路模型的建立提供重要基础。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种毛细管路气阻测量装置及测量方法，解决了毛线管路气阻测量困难以及精度不高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明中的测量装置包括二级串联闭环稳压气源、测量模块、硬件控制系统以及计算机。

所述的二级串联闭环稳压气源与测量模块通过气管连接；所述的测量模块用于采集被测毛细管路输入端与输出端的温度、压力以及通过毛细管路的流量；所述的硬件控制系统用于二级串联闭环稳压气源的闭环控制、管路压力的调节以及传感器数据的传输；所述的计算机用于气阻值计算与气阻特性分析。