双活塞式高压快速精确调节装置的制作方法

1.本发明涉及一种双活塞结构，尤其涉及一种双活塞式高压快速精确调节装置，属于压力校准技术领域。


背景技术：

2.压力控制器是传感器技术、计算机技术和流体控制技术相结合的产物，通过对气体或者液体介质的控制，快速、准确、稳定地产生目标压力，同时又能通过压力传感器的实时反馈并显示被测压力，从而实现对介质压力的连续精确控制。
3.压力控制器的核心技术是精确的压力控制技术，它是通过对流体的精确控制来实现的。其控制技术主要有两种：流量控制技术和变容积控制技术。流量控制技术是通过增加或减少对密闭容腔中介质的质量来实现对介质压力的控制，这种控制方式所采用的压力控制系统较简单，但对进行流量控制的阀门的性能要求非常高，要实现高压下的压力精确控制较难。变容积控制技术是通过调压活塞的移动，改变密闭容腔内一定质量的介质的体积来实现对介质压力的控制，在高压下具有较高的控制准确度，这种压力控制方式通常采用基于单活塞的压力调节装置。为了提高压力调节的分辨率，单活塞的直径通常较小，一般不超过10mm，这对于高压控制调节来说，当系统进行大范围的压力调节时，会使得压力的变化速度很慢，压力调节时间变得很长，不能满足高压计量校准的需要。因此，基于单活塞结构的传统压力调节装置，很难同时兼顾压力控制速度和压力控制分辨率这一对相互制约的指标。


技术实现要素：

4.本发明主要目的是提供一种双活塞式高压快速精确调节装置，采用基于双活塞的压力调节结构，利用大小活塞同时作用快速调节压力，利用小活塞的压力调节作用进行压力的精确调节，从而解决压力大范围调节时，难以兼顾压力控制速度和压力控制分辨率的问题，实现从低压到高压的整个压力量程范围之内任意压力点的快速和精确调节。
5.本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
6.本发明公开的双活塞式高压快速精确调节装置，包括驱动件、高压缸筒、大活塞、小活塞、密封组件、管路结构、伺服电机、第一连接件、限位件、组合动密封、压力传感器。
7.所述高压缸筒具有连通设置大高压缸筒和小高压缸筒，所述小高压缸筒设置在所述大高压缸筒的第一端上，所述大高压缸筒具有第一开口，所述小高压缸筒具有第二开口。
8.所述大活塞设置在所述大高压缸筒的内部，所述大活塞能够在大高压缸筒沿轴向移动。所述驱动件贯穿所述大高压缸筒的第二端与所述大活塞的一端连接。
9.所述小活塞与所述大活塞的另一端连接，小活塞能在所述大高压缸筒和所述小高压缸筒内沿轴向移动。
10.所述密封组件具有密封组件a和密封组件b，所述密封组件a套在在所述大活塞上，所述密封组件b设置在所述小高压缸筒的内部，且所述密封组件b设置在所述小活塞上，在
初始状态时，所述大活塞和所述密封组件a与所述大高压缸筒的另一端间隔设置以形成第一变容积腔，所述第一开口与所述第一变容积腔连通设置，所述小活塞和所述密封组件b与所述小高压缸筒远离所述大高压缸筒的一端间隔设置以形成第二变容积腔，所述第二开口与所述第二变容积腔连通设置。
11.管路结构。所述第一开口上连接有进/卸油口、高压管路，所述进/卸油口上设置有截止阀a，且用于向所述高压缸筒提供液体或者气体，所述高压管路的一端与所述第一开口连接，所述高压管路的另一端分别连接所述第二开口、测试口、压力传感器，所述高压管路上设置有截止阀b。所述进/卸油口也能够用于进/卸气。
12.所述传动组件包括涡轮涡杆减速器、滚珠丝杠副。
13.所述的伺服电机的主要用于提供驱动力，使活塞进行运动，改变大高压容腔、小高压容腔的容积。
14.所述的涡轮涡杆减速器的主要用于对伺服电机转动进行减速，以便于对容腔变化进行精确控制，进而实现压力的精确控制。
15.所述的滚珠丝杠副的主要用于实现减速器和大活塞的连接，带动大活塞轴向运动。
16.所述的大高压缸筒的主要用于大活塞位移运动的缸筒，为变容积控制提供密闭容腔，解决大行程压力快速控制问题。
17.所述的大活塞的主要用于快速改变大高压缸筒、小高压缸筒的密闭容积，实现大行程压力快速控制。
18.所述的密封组件a的主要用于实现大活塞后端即运动控制端，连接滚珠丝杠副的一端与前端变容积控制端之间的密封。
19.所述的限位堵螺的主要用于实现小活塞和大活塞的连接，并防止活塞旋转。
20.所述的锁母的主要用于对小活塞和密封组件b进行限位。
21.所述的密封组件b主要用于实现大活塞前端，即大活塞变容积控制端与小活塞前端即小活塞变容积控制端之间的密封。
22.所述的小活塞的主要用于小范围精确调节小高压缸筒的密闭容积，进而实现压力的精确调节。
23.所述的小高压缸筒的主要用于小活塞位移运动的缸筒，为变容积控制提供密闭容腔，解决小范围压力精确控制调节问题。
24.所述的测试口的主要用于压力输出，用于压力测试/输出的接口。
25.所述的进/卸油口的主要用于密闭容腔进油(气)或者卸油(气)。
26.所述的截止阀a的主要用于控制打开或者关闭进/卸油(气)口，对密闭容腔内的油液(气体)量进行控制。
27.所述的截止阀b的主要用于控制大高压缸筒和小高压缸筒的连通或者关闭。
28.所述的高压管路的主要用于高压油液(气体)的通道。
29.所述的压力传感器的主要用于准确的监测系统压力，并为活塞运动提供反馈。
30.小活塞位于小高压缸筒内，大活塞、滚珠丝杠副的输出轴均位于大高压缸筒内，滚珠丝杠副的输出轴与大活塞相连接。大高压缸筒对应于大活塞右端的极限位置处有开孔，小高压缸筒右端开有出油(气)孔，两孔之间通过截止阀b及高压管路相连接。小活塞和大活
塞通过限位堵螺相连接，两个高压缸筒通过密封组件b进行密封。小活塞通过限位堵螺和大活塞连接为一体，有效防止活塞旋转。大活塞和小活塞与各自高压缸筒内壁之间有组合动密封，其由三角密封垫、o型圈、尼龙挡圈、唇形密封垫、唇形挡圈构成。
31.作为优选，所述双活塞式高压快速精确调节装置还包括第一连接件，所述小活塞和所述大活塞通过所述第一连接件连接。
32.作为优选，所述第一连接件为限位堵螺。
33.作为优选，所述双活塞式高压快速精确调节装置还包括限位件，所述限位件设置在所述小高压缸筒，所述限位件具有过孔，所述小活塞贯穿所述过孔且能在所述过孔内移动，所述限位件的外表面与所述小高压缸筒内表面抵接。
34.作为优选，所述限位件为锁母。
35.作为优选，所述双活塞式高压快速精确调节装置还包括组合动密封，所述大活塞与所述大高压缸筒、所述小活塞与所述小高压缸筒间均设置有所述组合动密封。
36.作为优选，所述组合动密封由三角密封垫、o型圈、尼龙挡圈、唇形密封垫、唇形挡圈构成。
37.作为优选，所述驱动件为驱动电机或者驱动气缸。
38.作为优选，所述进/卸油(气)口与供液或者供油设备连接，所述进/卸油(气)口上设置有截止阀a。
39.本发明公开的一种双活塞式高压快速精确调节装置的工作方法为：主要依靠大活塞与小活塞两个活塞轴向运动改变密闭容腔的体积进行压力调节。伺服电机通过涡轮涡杆减速器减速后，带动滚珠丝杠副的螺母进行旋转，螺母在轴向方向上固定不动，进而螺母带动丝杠以及大活塞和小活塞在轴向方向上移动，从而将伺服电机的旋转运动转换为大小两个活塞的轴向运动，最终达到压力调节的目的。根据所需要的压力测量范围、压力控制速度以及压力控制分辨率，对大小活塞的直径、大小高压缸筒的体积比进行合理设计。在压力调节过程中，控制进/卸油(气)口的截止阀a始终保持关闭。首先打开截止阀b，使大高压缸筒的开孔与小高压缸筒右端开孔相连通，大活塞腔与小活塞腔的压力相等，利用大活塞与小活塞同时进行压力调节，以快速改变密闭容腔大小，进而实现快速接近目标压力值的目的；然后，关闭截止阀b，断开大小高压缸筒的连接，仅仅利用小活塞进行压力精细微小的调节，提高压力调节分辨率，实现精确调节压力的目的。
40.有益效果：
41.1、本发明公开的一种双活塞式高压快速精确调节装置，采用基于双活塞的压力调节结构，利用大小活塞同时作用快速调节压力，利用小活塞的压力调节作用进行压力的精确调节，从而实现压力大范围调节，并且在进行大范围压力调节时这种调节方式，压力波动性小，能提高压力的控制稳定性。
42.2、本发明公开的一种双活塞式高压快速精确调节装置，所采用变容积压力控制技术，同时兼顾到压力计量校准设备的实际使用需求，基于双活塞结构实现高压压力调节，解决变容积压力控制技术在实际使用过程中对压力控制速度和压力控制分辨率不能同时兼顾的问题，利用大小活塞同时作用来进行压力的快速控制，仅仅利用小活塞的压力调节作用进行压力的精确调节，从而实现从低压到高压的整个压力量程范围之内任意压力点的快速控制和精确调节。
43.3、本发明公开的一种双活塞式高压快速精确调节装置，工作压力可以达到100mpa以上，控制分辨率可以达到0.001％fs。
44.4、本发明公开的一种双活塞式高压快速精确调节装置，为压力控制器的研制提供基础和可实现的技术手段。
45.5、本发明公开的一种双活塞式高压快速精确调节装置，结合计算机控制技术和软件，能够制作出高精度、全自动的压力控制器，能够应用于实验室以及现场，对各种压力计量器具进行测试和校准，降低实验室以及现场高压校准的劳动强度，提高高压校准的工作效率。
附图说明
46.图1为本发明一种双活塞式高压快速精确调节装置的结构示意图。
47.其中：1—伺服电机、2—涡轮涡杆减速器、3—滚珠丝杠副、4—大高压缸筒、5—大活塞、6—密封组件a、7—限位堵螺、8—锁母、9—密封组件b、10—小活塞、11—小高压缸筒、12—测试口、13—进/卸油口、14—截止阀a、15—截止阀b、16—高压管路、17—压力传感器。
具体实施方式
48.为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
49.实施例1：
50.如图1所示，本实施例公开的双活塞式高压快速精确调节装置，包括伺服电机1、涡轮涡杆减速器2、滚珠丝杠副3、大高压缸筒4、大活塞5、密封组件a6、限位堵螺7、锁母8、密封组件b9、小活塞10、小高压缸筒11、测试口12、进/卸油(气)口13、截止阀a14、截止阀b15、高压管路16、压力传感器17。
51.所述的伺服电机1的主要功能是提供驱动力，使活塞进行运动，改变大/小高压容腔的容积。
52.所述的涡轮涡杆减速器2的主要功能是对伺服电机1转动进行减速，以便于对容腔变化进行精确控制，进而实现压力的精确控制。
53.所述的滚珠丝杠副3的主要功能是实现减速器和大活塞5的连接，带动大活塞5轴向运动。
54.所述的大高压缸筒4的主要功能是大活塞5位移运动的缸筒，为变容积控制提供密闭容腔，解决大行程压力快速控制问题。
55.所述的大活塞5的主要功能是快速改变大、小高压缸筒的密闭容积，实现大行程压力快速控制。
56.所述的密封组件a6的主要功能是实现大活塞5后端即运动控制端，连接滚珠丝杠副的一端与前端变容积控制端之间的密封。
57.所述的限位堵螺7的主要功能是实现小活塞10和大活塞5的连接，并防止活塞旋转。
58.所述的锁母8的主要功能是对小活塞10和密封组件b9进行限位。
59.所述的密封组件b9的主要功能是实现大活塞前端大活塞变容积控制端与小活塞
10前端小活塞变容积控制端之间的密封。
60.所述的小活塞10的主要功能是小范围精确调节小高压缸筒11的密闭容积，进而实现压力的精确调节。
61.所述的小高压缸筒11的主要功能是小活塞位移运动的缸筒，为变容积控制提供密闭容腔，解决小范围压力精确控制调节问题。
62.所述的测试口12的主要功能是压力输出，用于压力测试/输出的接口。
63.所述的进/卸油(气)口13的主要功能是密闭容腔进油气或者卸油气。
64.所述的截止阀a14的主要功能是控制打开或者关闭进/卸油(气)口13，对密闭容腔内的油液气体量进行控制。
65.所述的截止阀b15的主要功能是控制大高压缸筒4和小高压缸筒11的连通或者关闭。
66.所述的高压管路16的主要功能是高压油液气体通道。
67.所述的压力传感器17的主要功能是准确的监测系统压力，并为活塞运动提供反馈。
68.小活塞10位于小高压缸筒11内，大活塞5、滚珠丝杠副3的输出轴均位于大高压缸筒4内，两个活塞筒通过o型圈和挡圈组成的密封组件a6、密封组件b9进行密封，通过内六角圆柱螺钉和弹簧垫圈紧固。大高压缸筒4对应于大活塞5右端的极限位置处有开孔，小高压缸筒11右端开有出油气孔，两孔之间通过截止阀b9及高压管路16相连接。滚珠丝杠副3的输出轴通过前端的外螺纹与大活塞5相连接。小活塞10前端有顶柱，用来推动小活塞10移动，小活塞10通过限位堵螺7上的内螺纹和大活塞上的外螺纹与大活塞5连接为一体，并通过开槽平端紧定螺钉紧固在大活塞5上，防止活塞旋转。大活塞5和小活塞10与各自活塞筒内壁之间有组合动密封，其由三角密封垫、o型圈、尼龙挡圈、唇形密封垫、唇形挡圈构成。大活塞5的组合密封由挡环限位，小活塞10通过锁母8对支撑环和密封组件进行限位。
69.本实施例公开的双活塞式高压快速精确调节装置的工作方法为：主要依靠大活塞5与小活塞10两个活塞轴向运动改变密闭容腔的体积进行压力调节。伺服电机1通过涡轮涡杆减速器2减速后，带动滚珠丝杠副3的螺母进行旋转，螺母在轴向方向上固定不动，进而螺母带动丝杠以及大活塞5和小活塞10在轴向方向上移动，从而将伺服电机1的旋转运动转换为大小两个活塞的轴向运动，最终达到压力调节的目的。可以根据所需要的压力测量范围、压力控制速度以及压力控制分辨率，对大小活塞的直径、大小高压缸筒的体积比进行合理设计。在压力调节过程中，控制进/卸油(气)口13的截止阀a14始终保持关闭。首先打开截止阀b15，使大高压缸筒4的开孔与小高压缸筒11右端开孔相连通，大活塞腔与小活塞腔的压力相等，利用大活塞5与小活塞10同时进行压力调节，以快速改变密闭容腔大小，进而实现快速接近目标压力值的目的；然后，关闭截止阀b15，断开大小高压缸筒11的连接，仅仅利用小活塞10进行压力精细微小的调节，提高压力调节分辨率，实现精确调节压力的目的。
70.以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。