柱塞結構的微小氣體流量標準裝置

柱塞頭活塞式氣體流量標準裝置是一種可用于直接測量氣體流量的容積式原級標準裝置，因具有工作穩定可靠、精度高、工作壓力可調、檢定效率高和易實現自動化控制等特點，受到流量計量行業的極大關注。

為研究國內微小氣體流量量值溯源與傳遞方法，同時探索微尺度氣體流量儀表的計量特性，該標準裝置前后柱塞結構完全對稱，利用柱塞運動置換前后氣缸內相同體積的氣量，以達到氣體溫壓參數恒定，實現高精度流量測量目的。首先分析總結微小氣體流量標準裝置的分類及其研究現狀，而后針對活塞式氣體流量標準裝置的工作原理，提出了全對稱柱塞結構微小氣體流量標準裝置的總體設計方案、機械結構設計方案，同時根據不同被檢表的特性制定了相應的檢定模型。

另外采用計算流體動力學方法，通過FLUENT仿真軟件，對標準裝置內部流場進行了動態仿真，分析驗證了裝置的可行性。采用PLC對不同檢定模型開發設計了相應下位機檢定系統，并通過LabVIEW編程平臺完成了上位機檢定監控和數據采集處理系統。對標準裝置進行了一系列實驗研究，并對標準裝置及被檢表進行了不確定度分析與評定。 實驗研究表明，檢定過程中工作腔流場溫度、壓力穩定，微小波動引起的不確定度可忽略不計，標準裝置擴展不確定度為0.24%（k=2），能用于實現（5-1000）mL/h范圍內質量流量計、皂膜流量計、浮子流量計的檢定。