一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置，该装置主要包括音速喷嘴、多通球阀、球阀、减压阀、温度传感器、压力传感器和控制器。该装置利用音速喷嘴原理将质量流量控制过程转化为压力控制过程，并且采用机械自动控制实现压力波动下流量的精确控制，利用新型结构实现量程段的拓展，实现低成本变压力耐受的质量流量控制。力耐受的质量流量控制。力耐受的质量流量控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置


[0001]本技术涉及分析测量
，尤其涉及一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置。

技术介绍

[0002]气体流量控制器是能源、化工、医药、航空航天等领域科学研究和工业过程中不可缺少的重要设备。气体流量控制器的精度、稳定性等性能对科学实验结果的可靠性、工业产品的质量等具有重要影响。
[0003]目前实验室及工业应用的气体流量控制器中，常见的有量热式质量流量计、浮子流量计、孔板流量计、涡轮流量计等，也有用到针阀、蝶阀等来控制流量的案例。
[0004]目前常规采用的气体流量控制装置基本只适用于稳定压力条件，对外界压力波动的适应性差，在流量计上下游压力出现变化的条件下，流量控制会产生较大的误差，造成实验的准确性差或者工业产品的质量差。现有的气体流量控制装置大多不带自动控制功能，当所需流量改变时，需要采用人工调节的方式，费时费力且精度及安全性得不到保证。同时，现有气体流量控制装置的量程较小，不能很好适应于量程范围较大的工况。此外，现有高精度气体流量控制装置的成本较高，若配备自动调节功能，则应用成本会进一步提升。

技术实现思路

[0005]本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术提出了一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置。本技术提出的基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置利用音速喷嘴原理将质量流量控制过程转化为压力控制过程，采用机械自动控制实现压力波动下流量的精确控制。
[0006]本技术提出了一种基于音速喷嘴的自动气体流量控制装，包括：
[0007]由球阀电机驱动的球阀，所述球阀一端连接上游气体管道，所述球阀远离所述上游气体管道的一端连接减压阀；
[0008]由减压阀电机驱动的所述减压阀，所述减压阀设置在所述球阀下游，所述减压阀和所述球阀之间设置温度传感器；
[0009]设置在所述减压阀下游的压力传感器，所述压力传感器远离所述减压阀的一端连接音速喷嘴；
[0010]所述音速喷嘴，利用所述音速喷嘴的质量阻塞效应将气体质量流量控制过程转化为压力控制过程；
[0011]控制器，所述压力传感器、所述温度传感器、所述球阀电机和所述减压阀电机均与所述控制器电连接；
[0012]多通球阀，所述多通球阀设置在所述压力传感器和所述音速喷嘴之间。
[0013]在一些实施例中，所述音速喷嘴具有流道截面面积逐渐缩小的收缩段，所述收缩段的最小截面处为所述音速喷嘴的喉部，通过所述喉部的气流速度达到声速时出现所述质
量阻塞效应。
[0014]在一些实施例中，所述多通球阀具有多个不同出口端，所述多通球阀的所述多个不同出口端与不同喉部截面积的所述音速喷嘴配合实现量程切换。
[0015]在一些实施例中，所述音速喷嘴中的流动视为一维等熵连续流动，各截面对应的参考状态参数相同，其中临界压力p
*
和滞止压力p0满足：
[0016]当p
b
≤p
*
时，产生所述质量阻塞效应；
[0017]当p
b
>p
*
时，不产生所述质量阻塞效应，通过调节p0使通过所述音速喷嘴的气体产生所述质量阻塞效应，
[0018]其中，γ为气体比热容比；p
b
为背景环境压力，单位为Pa；p
*
为临界压力，单位为Pa；p0为滞止压力，单位为Pa。
[0019]在一些实施例中，产生所述质量阻塞效应时，其中，为质量流量，单位为kg/s；ρ为气体密度，单位为kg/m3；u为气体流速，单位为m/s；A为截面面积，单位为m2；ρ
*
为临界气体密度，单位为kg/m3；u
*
为临界气体流速，单位为m/s；A
*
为临界截面面积，单位为m2；R为气体常数，单位为J/(kg
·
K)；γ为气体比热容比；p0为滞止压力，单位为Pa；T0为滞止温度，单位为K。
[0020]在一些实施例中，对于某种特定气体，气体比热容比γ与气体常数R为常数，当滞止温度T0与音速喷嘴喉部的截面面积A
e
给定时，质量流量与滞止压力p0呈线性关系。
[0021]在一些实施例中，当气体为比热容比γ＝1.4，R＝287J/(kg
·
K)的空气时，其中，为质量流量，单位为kg/s；p0为滞止压力，单位为Pa；A
e
为音速喷嘴喉部的截面面积，单位为m2。
[0022]在一些实施例中，所述减压阀用于调节并稳定气体的滞止压力p0。
[0023]在一些实施例中，所述压力传感器用于测量所述滞止压力p0。
[0024]在一些实施例中，所述球阀用于控制气体的流入。
[0025]相对于现有技术，本技术的有益效果为：
[0026]本技术提供的气体流量自动控制装置利用质量阻塞原理将气体质量流量控制过程转化为压力控制过程，将质量流量控制过程简化，设备结构简单。
[0027]本技术提供的气体流量自动控制装置将质量流量控制过程和气体压力控制过程相关联，采用自动调节装置调节压力，从而控制质量流量，避免上下游压力波动引起的质量流量误差。
[0028]本技术提供的气体流量自动控制装置基于流体力学原理设计，精度高，重复性好，产品结构简单，生产成本低。
[0029]本技术提供的气体流量自动控制装置采用多通阀结构时，可以选择不同的音速喷嘴匹配量程，扩大产品量程。
附图说明
[0030]本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0031]图1为基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置示意图；
[0032]图2为音速喷嘴示意图；
[0033]图3为多通球阀与音速喷嘴组合装置示意图；
[0034]图4为气体通过音速喷嘴时，不同状态的位置示意图；
[0035]图5为基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置的控制流程图。
[0036]附图标记说明：
[0037]球阀1、音速喷嘴2、减压阀3、压力传感器4、温度传感器5、减压阀电机6、控制器7、球阀电机8、多通球阀9。
具体实施方式
[0038]下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0039]下面参照附图描述根据本技术实施例提出的基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置。
[0040]如图1
‑
5所示，本技术的基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置，包括：球阀1、减压阀3、温度传感器5、压力传感器4、音速喷嘴2、控制器7。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置，其特征在于，包括：由球阀电机驱动的球阀，所述球阀一端连接上游气体管道，所述球阀远离所述上游气体管道的一端连接减压阀；由减压阀电机驱动的所述减压阀，所述减压阀设置在所述球阀下游，所述减压阀和所述球阀之间设置温度传感器；设置在所述减压阀下游的压力传感器，所述压力传感器远离所述减压阀的一端连接音速喷嘴；所述音速喷嘴，利用所述音速喷嘴的质量阻塞效应将气体质量流量控制过程转化为压力控制过程；控制器，所述压力传感器、所述温度传感器、所述球阀电机和所述减压阀电机均与所述控制器电连接；多通球阀，所述多通球阀设置在所述压力传感器和所述音速喷嘴之间。2.如权利要求1所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，所述音速喷嘴具有流道截面面积逐渐缩小的收缩段，所述收缩段的最小截面处为所述音速喷嘴的喉部，通过所述喉部的气流速度达到声速时出现所述质量阻塞效应。3.如权利要求2所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，所述多通球阀具有多个不同出口端，所述多通球阀的所述多个不同出口端与不同喉部截面积的所述音速喷嘴配合实现量程切换。4.如权利要求1所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，所述音速喷嘴中的流动视为一维等熵连续流动，各截面对应的参考状态参数相同，其中临界压力p
*
和滞止压力p0满足：当p
b
≤p
*
时，产生所述质量阻塞效应；当p
b
&gt;p
*
时，不产生所述质量阻塞效应，通过调节p0使通过所述音速喷嘴的气体产生所述质量阻塞效应，其中，γ为气体比热容比；p
b

【专利技术属性】
技术研发人员：覃思博，蔡坤鹏，龚娅，黄钰诚，张扬，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：