[实用新型]一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型涉及分析测量技术领域，尤其涉及一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置。

背景技术

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。

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。

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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型提出了一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置。本实用新型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。

本实用新型提出了一种基于音速喷嘴的自动气体流量控制装，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。

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。

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。

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：

当p_b≤p^*时，产生所述质量阻塞效应；

当p_bp^*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。