电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置

摘要

本发明公开了一种电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置。步进电机经减速机、刚性联轴器与滚珠螺杆的一端连接，其另一端与活塞孔滑动连接；活塞缸通过三通接头与电磁阀的出水口连接，电磁阀的进水口与水箱连接；底座的两根横梁上分别安装平行于滚珠螺杆的导轨，两个接近开关分别安装在一根导轨的两端，并与控制系统的下位PLC的输入端子电连接；两根导轨的滑块上装有凹形连接块，螺杆螺母和活塞端部均固定连接块侧面；位于另一根导轨一侧安装有光栅尺，安装在凹形连接块上的L型连接板下方装有光栅头。采用活塞式原理和利用光栅尺测量活塞的移动距离，将活塞的位置反馈给控制系统，可控制活塞运动速度、时间和位置，对微小流量进行计量标定。

权利要求

1.一种电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置，其特征在于：步进电机（1）经减速机（2）、刚性联轴器（3）与支撑在装置底座（22）一侧的滚珠螺杆（10）的一端连接，滚珠螺杆（10）的另一端伸入活塞（13）孔中，通过导向环（11）与活塞（13）孔滑动连接；活塞缸（14）的一端与装置底座（22）另一侧连接，活塞缸（14）的另一端通过三通接头与安装在水箱（16）侧面的电磁阀（15）的出水口连接，电磁阀（15）的进水口与水箱（16）连接；位于装置底座（22）两侧内的两根横梁上分别安装一条平行于滚珠螺杆（10）的导轨（20），两个接近开关（24）分别安装在一根导轨（20）的两端，即活塞（13）的起始与结束位置，两个接近开关（24）与控制系统的下位PLC的输入端子电连接；两根导轨（20）上分别安装滑块（22），两个滑块（22）上装有凹形连接块（25），与滚珠螺杆（10）相配合的螺杆螺母（9）和活塞（13）端部均一起固定在凹形连接块（25）侧面；位于另一根导轨一侧的光栅尺底座（23）上安装有平行于滚珠螺杆（10）的光栅尺（7），凹形连接块（25）上安装L型连接板（8），L型连接板（8）下装有与光栅尺（7）相配的光栅头。

2.根据权利要求1所述的一种电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置，其特征在于：所述的装置底座（22）朝向活塞缸方向具有5°向上倾斜的角度。

说明书

电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微小流量计量标准装置，尤其是涉及一种电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置。

背景技术

[0002] 随着半导体制造业、生物工程、医学化工等行业的兴起，使流量测量向低端延伸，小流量微小流量的测量需求渐渐凸显起来。对于微流体的研究以及微小流量计量精度的需求也引起了越来越多的科学工作者的重视，而微小流量计量则成为了当下流体计量领域急需的计量技术之一。

[0003] 传统的液体流量标准装置流量源的产生办法有两种，一是恒压流量源，这种方法流量稳定，但一般稳压设备体积庞大，费用较高；另一种是依靠流量泵提供流量，流量有脉动，稳定性差。以上两种方法，由于种种缺点，均无法应用于液体微小流量计量检定系统。目前常用的微小流量计如热式质量流量计、科式质量流量计等均应用于微流体方面的计量，同时，微型阀、微型泵、微型流量计等微流体控制元件也越来越多的广泛使用。但由于目前国家没有检定微型阀、微型泵、微型流量计等微流体控制元件的检定规程，很难保证此类元件结果的准确度，继而无法保证它们检测数据的准确，所以亟须一套完善的液体微小流量计量标准装置。

[0004] 归纳现有技术不足之处为：

[0005] 1.还没有完善的液体微小流量计量标准装置，无法满足当下液体微小流量的计量需求。

[0006] 2.流体源是影响微小流量系统检定准确度的一个关键因素，而能提供稳定流量且可调节流量大小的流体源装置则成了一个重要难题。

发明内容

[0007] 针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置。

[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0009] 本发明中的步进电机经减速机、刚性联轴器与支撑在装置底座一侧的滚珠螺杆的一端连接，滚珠螺杆的另一端伸入活塞孔中，通过导向环与活塞孔滑动连接；活塞缸的一端与装置底座另一侧连接，活塞缸的另一端通过三通接头与安装在水箱侧面的电磁阀的出水口连接，电磁阀的进水口与水箱连接；位于装置底座两侧内的两根横梁上分别安装一条平行于滚珠螺杆的导轨，两个接近开关分别安装在一根导轨的两端，即活塞的起始与结束位置，两个接近开关与控制系统的下位PLC的输入端子电连接；两根导轨上分别安装滑块，两个滑块上装有凹形连接块，与滚珠螺杆相配合的螺杆螺母和活塞端部均一起固定在凹形连接块侧面；位于另一根导轨一侧的光栅尺底座上安装有平行于滚珠螺杆的光栅尺，凹形连接块上安装L型连接板，L型连接板下装有与光栅尺相配的光栅头。

[0010] 所述的装置底座朝向活塞缸方向具有5°向上倾斜的角度。

[0011] 与背景技术相比，本发明的有益效果是：

[0012] 1.本发明电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置是一套比较完善的计量检定系统，能对微小流量范围在0.1ml/h~1000ml/h的质量流量计、微型阀、微型泵等进行检定校准。装置的扩展不确定度为（0.5~1.0）%（k=2）。

[0013] 2.整套系统采用了活塞式原理，同时利用光栅尺测量活塞的移动距离，同时将活塞的位置反馈给控制系统；控制系统由上位机和下位机组成，可控制活塞运动速度、时间、位置。这不仅可快速、便捷地进行微小流量控制，同时提高了系统的微小流量计量准确度。

附图说明

[0014] 图1是本发明的结构原理示意图。

[0015] 图2是本发明的立体示意图。

[0016] 图中：1、步进电机，2、减速机，3、刚性联轴器，4、锁紧螺母，5、轴承盖，6、深沟球轴承，7、光栅尺，8、L型连接板，9、螺杆螺母，10、滚珠螺杆，11、导向环，12、弹簧挡圈，13、活塞，14、活塞缸，15、电磁阀，16、水箱， 17、O型密封圈，18、格莱圈，19、耐磨带，20、导轨，21、滑块，22、装置底座，23、光栅尺底座，24、接近开关，25、凹形连接块，26、连接套。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

[0018] 如图1、图2所示，本发明电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置包括步进电机1、减速机2、刚性联轴器3、锁紧螺母4、轴承盖5、深沟球轴承6、光栅尺7、L型连接板8、丝杆螺母9、滚珠螺杆10、导向环11、弹簧挡圈12、活塞13、活塞缸14、电磁阀15、水箱16、和O型密封圈17、格莱圈18、耐磨带19、导轨20、滑块21、装置底座22、光栅尺底座23、接近开关24、凹形连接块25、连接套26及控制系统。其中，步进电机1经减速机2、刚性联轴器3、连接套26与支撑在装置底座22一侧的滚珠螺杆10的一端连接，滚珠螺杆10的另一端伸入活塞13孔中，通过导向环11与活塞13孔滑动连接，用弹簧挡圈12将导向环11固定在滚珠螺杆10端部。步进电机1用于驱动减速机2进行正反转以带动滚珠螺杆10转动。滚珠螺杆10与减速机2通过刚性联轴器3锁紧联接，同时须保证步进电机1、减速机2、刚性联轴器3、滚珠螺杆10与活塞13处在同一轴线上。连接套26将减速机2固定在装置底座
22上，同时为刚性联轴器3提供转动空间。深沟球轴承6为滚珠螺杆10转动时提供支撑，用轴承盖5将其压紧；同时锁紧螺母4将深沟球轴承6锁紧，以免滚珠螺杆10轴向转动时产生的轴向力将深沟球轴承6拉出。

[0019] 活塞缸14的一端与装置底座22另一侧连接，活塞缸14的另一端通过三通接头与安装在水箱16侧面的电磁阀15的出水口连接，用O型密封圈17将活塞缸出口进行密封，电磁阀15的进水口与水箱16连接。活塞13的活塞头部与活塞缸14紧密安装，同时用格莱圈18进行密封、耐磨带19进行导向。

[0020] 装置底座22朝向活塞缸14方向具有5°向上倾斜的角度以保证活塞缸14内充满液体留有气泡时，方便气泡顺利排出活塞缸14。位于装置底座22两侧内的两根横梁上分别安装一条平行于滚珠螺杆10的导轨20，两根导轨20上分别安装滑块22，两个滑块22上装有凹形连接块25，与滚珠螺杆10相配合的螺杆螺母9和活塞13端部均一起固定在凹形连接块25侧面；导轨20为滑块21和凹形连接块25提供支撑，同时保证步进电机1、减速机2、刚性联轴器3、滚珠螺杆10与活塞13的同轴度。两个接近开关24分别安装在一根导轨20的两端，即活塞13的起始与结束位置，与控制系统的下位PLC的输入端子电连接，反馈活塞13的零位与结束位，以控制活塞13前后移动的起始与停止。位于另一根导轨一侧的光栅尺底座23上安装有平行于滚珠螺杆10的光栅尺7，凹形连接块25上安装L型连接板8，L型连接板8下紧密安装光栅尺7。光栅尺7将活塞13的位置反馈给控制系统；控制系统由上位机和下位机组成，可控制活塞13的运动速度、时间、位置。L型连接板8使凹形连接块25与光栅尺7的光栅头在同一水平面上，以保证在滚珠螺杆10正反转带动活塞13前后移动时光栅尺7能与活塞13移动同步而精确测量活塞前后移动的距离。

[0021] 如图2所示，本发明的工作过程是：

[0022] 以活塞缸14作为计量容积标准，装置通过步进电机1驱动标准计量活塞缸14活塞13产生流体源，通过三通接口流经被检流量计；活塞缸14与光栅尺7配合构成流量测量系统，光栅尺7安装在滚珠螺杆10一侧，将活塞13的位置反馈给控制系统；控制系统由上位机和下位机组成，可控制活塞13运动速度、时间、位置；利用高精密电子天平，通过计算流体介质在一定测量时间内推动活塞13排出活塞缸14内流体质量来标定流量计。

[0023] 本发明活塞式液体微小流量计量标准装置的特点也即发明点是：通过步进电机驱动减速机进行正反转以带动滚珠螺杆转动，滚珠螺杆驱动活塞进行前后移动，在活塞带动光栅尺前后移动反应迅速的同时，还能确保高精度控制与计量；安装在底座的2根横梁上导轨与滑块为连接块提供支撑，不仅保证了步进电机、减速机、刚性联轴器、滚珠螺杆与活塞的同轴度，同时防止连接块左右摇摆产生测量不确定度；装置底座有5°角的倾斜度，以保证活塞缸内充满液体留有气泡时，方便气泡顺利排出活塞缸；承重冒的设计不仅将步进电机和减速机与装置底座紧密联接，同时为刚性联轴器将减速机与滚珠螺杆的联接提供的空间；电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置整体的各个部分相对独立，安装和维护非常方便。