[发明专利]一种微小气体流量测量装置及方法

权利要求书

1.一种微小气体流量测量装置，其特征在于，包括储气罐、定容器、抽气泵、液面控制器、光栅检测装置以及步进电机伺服系统，其中：

所述储气罐通过第一管路与所述定容器的进气口连通；

所述抽气泵通过第二管路与所述定容器的出气口连通；

所述液面控制器分别与所述抽气泵和所述光栅检测装置电连接；

所述光栅检测装置包括光栅检测器、光栅发射源、光栅读头以及光栅接收装置，所述光栅检测器分别与所述液面控制器、所述光栅发射源和所述光栅读头电连接，所述光栅发射源和所述光栅接收装置分别设置在所述定容器的两侧，用于检测所述定容器内液面位置的变化情况，所述光栅读头设置在所述定容器液面的上方，用于读取光栅信号，从而确定液面的变化情况；

所述步进电机伺服系统通过支架与所述定容器固定连接，并且与所述光栅接收装置电连接，用于根据液面的位置变化控制所述光栅接收装置进行移动。

2.根据权利要求1所述的微小气体流量测量装置，其特征在于，所述储气罐与所述定容器进气口之间的第一管路上依次设置有减压阀、压力计、流量计以及截止阀。

3.根据权利要求1所述的微小气体流量测量装置，其特征在于，所述抽气泵与所述定容器出气口之间的第二管路上设置有电磁阀。

4.根据权利要求1所述的微小气体流量测量装置，其特征在于，所述定容器为比色管，所述比色管的下方设置有储水箱。

5.根据权利要求1所述的微小气体流量测量装置，其特征在于，所述步进电机伺服系统包括编码器、步进电机、减速器以及滚珠丝杆，所述编码器与所述步进电机连接，所述步进电机与所述减速器连接，所述滚珠丝杆通过联轴装置与所述减速器连接。

6.根据权利要求5所述的微小气体流量测量装置，其特征在于，所述滚珠丝杆与所述光栅接收装置电连接，用于根据液面的位置变化控制所述光栅接收装置进行移动。

7.一种微小气体流量测量方法，其特征在于，该方法应用与如权利要求1-6任一项所述的微小气体流量测量装置中，该方法包括：

步骤1：将各装置进行连接，检查气密性，此时定容器下方储水箱内的水会进入定容器内，启动液面控制器和光栅检测装置，记录此时的液面为第一液面，并在初始液面的下方选择一个液面作为测量的基准液面；

步骤2：打开电磁阀，通过液面控制器控制抽气泵工作，通过定容器的出气口将定容器内的空气抽出，一段时间后关闭电磁阀和抽气泵，停止抽气，此时定容器内的液面会上升，通过光栅检测装置和步进电机伺服系统对液面进行检测，记录此时的液面为第二液面；

步骤3：打开储气罐，调节减压阀，并观察压力计，使储气罐中的高压气体降至3-5MPa，然后使气体进入流量计，通过流量计设置气体的输出的流量范围，打开截止阀使气体通过进气口进入定容器；

步骤4：气体进入定容器后，定容器内的液面会下降，一段时间后，通入气体相对稳定后，通过光栅检测装置和步进电机伺服系统配合记录下此时的测量液面为第三液面，并计算出第三液面与基准液面之间的高度，记为H₁；

步骤5：随着气体的进入，定容器内的液面会持续下降，经过T’时间后，通过光栅检测装置和步进电机伺服系统配合记录下此时的测量液面为第四液面，并计算出第四液面与基准液面之间的高度，记为H₂；

步骤6：通过定容器内的液面变化可以求出单位时间内气体体积的变化量，然后根据公式Q＝V_体/T’可以求出气体的流量，其中T’为通气时间，V_体＝S*ΔH，S为定容器的截面面积，ΔH为第三液面与第四液面的差值ΔH＝H₁-H₂。