0引言
金屬(shǔ)管轉子流(liú)量計(以下(xia)簡稱流量(liàng)計)具有測(ce)量介質種(zhong)類多、結構(gòu)簡單、穩定(dìng)㊙️可靠、可測(cè)中小流量(liàng)、壓力損失(shi)恒定、使用(yòng)壽命長、易(yi)于維護、能(néng)就地指示(shì)流量值等(deng)特點,廣泛(fan)應用于石(shí)油📞、化工、冶(yě)金、能源、輕(qing)工等工業(yè)部門中的(de)流量測量(liàng)。
金屬管轉(zhuan)子流量計(jì)屬于面積(ji)式流量計(ji),基于定壓(yā)降💜變節流(liú)面積測量(liang)流量,如圖(tu)1所示。流量(liang)計垂直安(ān)裝在管道(dào)🔞上,當流體(ti)自下而上(shang)流經錐管(guan)時,浮子的(de)前後就産(chan)生差✔️壓。浮(fu)子在差壓(ya)作用下産(chan)生上升或(huo)下降的位(wei)👈移。當使浮(fú)❓子上升的(de)差壓與浮(fú)♉子所受的(de)🔅重力、浮力(li)及粘性力(li)三者的合(he)力相等時(shí),浮子便處(chù)于平衡狀(zhuàng)态,因此,浮(fu)子的位移(yí)與流量的(de)大小存在(zài)唯一的對(duì)應關系🔆。檢(jian)測出浮子(zǐ)的位👅移大(da)小就可以(yǐ)得到被測(cè)流體的流(liú)
當浮子(zi)處于靜止(zhǐ)位置時,被(bèi)測流體的(de)體積流量(liàng)可由下式(shi)✌️計算:
式中(zhong):Q爲體積流(liu)量;α爲流出(chu)系數; ?k爲浮(fu)子最大直(zhí)徑與其同(tóng)高度錐管(guǎn)橫截面之(zhi)間的環隙(xi)面積;g爲重(zhong)力加速度(dù)💰;v?爲浮子的(de)體積;ρ?爲浮(fú)子的密度(dù); ρ爲被測流(liu)體的🈲密度(dù);A爲浮子的(de)最大截面(mian)積。
當儀表(biao)的結構參(can)數确定後(hòu),而且雷諾(nuò)數大于界(jiè)限雷諾數(shù)時,a爲常數(shù),則
由式(4)可(kě)知,流量與(yǔ)浮子的位(wèi)移呈非線(xian)性關系,要(yào)得到線性(xìng)刻度或輸(shū)出線性的(de)電流信号(hào),就必須設(shè)計非線性(xìng)修正機構(gòu)進行線🈲性(xing)化。
目前,國(guo)内外金屬(shu)管轉子流(liú)量計采用(yòng)的線性化(huà)技術主要(yào)📞有兩種:一(yī)是應用四(si)連杆進行(háng)非線性修(xiu)正;二是利(lì)用凸輪㊙️進(jin)行非線性(xìng)修正。下面(miàn)着重介紹(shào)這兩種線(xiàn)性化技術(shù)。
1采用四連(lián)杆的線性(xìng)化技術
采(cǎi)用四連杆(gan)進行線性(xing)化的流量(liàng)計工作原(yuan)理如圖2所(suǒ)示。當被測(cè)流體自下(xià)而上流過(guò)錐管1時,浮(fú)子2就
産生位(wèi)移,浮子的(de)位移通過(guò)磁鋼4、5的禍(huò)合傳給平(píng)衡杆6。此時(shi),位移❄️和流(liu)量的關系(xi)爲非線性(xing),必須通過(guo)連🐕杆8、9、10進行(hang)線性化♌才(cái)能使指針(zhen)11有線性流(liu)量指标。四(sì)連🈲杆的工(gong)作原理如(rú)圖3所示。
由式(4)求導(dao)可得流量(liàng)對浮子位(wèi)移的變化(huà)率爲
dQ/dh=α+2bh (5)
由式(shì)(5)可知,當h增(zeng)大時,單位(wei)位移所代(dài)表的流量(liàng)值也增♊大(dà)爲了使流(liu)量指針的(de)指示角Ψ與(yu)角度θ也呈(chéng)線性關系(xi),必須滿足(zu)dΨ/da也随☔h的增(zēng)大而增大(dà),這就是對(duì)四連杆線(xiàn)性化能力(lì)的要求。
連(lián)杆8、9、10的長度(dù)分别爲A、B、C,連(lian)杆8與平衡(heng)杆6固定在(zài)一起,指針(zhen)與✂️連🧑🏽🤝🧑🏻杆10固(gù)定在一起(qǐ)。要求轉角(jiao)Ψ的變化和(he)流量Q的變(bian)化呈線性(xing)關系,這樣(yang)可用dΨ代替(tì)dQ,用da代替dh,代(dài)人公式(5)得(dé)
dΨ/dα=α+2bα （6）
爲了滿足(zu)Ψ的變化和(hé)Q的變化呈(cheng)線性關系(xì),要求α增大(dà)時dΨ/dα也增大(da)由圖3可見(jian):
dΨ/dα=ASinθ/(CSin?) （7）
式(7)中,角α、θ、三(san)者的變化(hua)方向是一(yi)緻的,即随(sui)角α增大, θ和(he)也增大⭐。因(yin)爲A、C爲常數(shu),所以必須(xu)使α增大時(shí),Sinθs/in?也增大。爲(wei)🔴此,當α增大(dà)時, θ應在0~90°範(fàn)圍内變化(hua),則Sinθ增大;而(er)?應在90°~180°範圍(wei)☎️内變化🆚,則(zé)Sin了減小。這(zhe)樣就達到(dào)了當α增大(dà)時,dΨ/dα也增大(dà),從而實現(xian)線性化的(de)⭐目的。
采用(yong)四連杆進(jin)行線性化(huà)所用零件(jian)多,摩擦力(li)大,工作過(guò)程💘中易🔱脫(tuō)落,而且調(diao)整也比較(jiao)麻煩。近年(nián)來随着計(ji)算機輔助(zhù)制造(CAM)技術(shu)的推廣應(yīng)用,部分生(sheng)産廠家的(de)流量計開(kai)始采用凸(tū)輪進行線(xiàn)性❓化。
2采用(yong)凸輪的線(xian)性化技術(shu)
采用凸輪(lun)進行線性(xìng)化的流量(liang)計工作原(yuán)理如圖4所(suo)示。當被㊙️測(cè)流體自下(xia)而上流過(guò)錐管1時,浮(fú)子2就産生(sheng)位移,浮子(zi)的位移通(tong)🔴過磁鋼4、5的(de)藕合傳給(gei)平衡杆6。經(jīng)過凸輪🐪7的(de)線性🥰化和(he)調整件8的(de)💁傳動,将與(yu)流量呈線(xiàn)✔️性關系的(de)⭕角位移傳(chuán)遞給角位(wei)移轉換器(qi)🤩9,角位移轉(zhuǎn)♌換器将角(jiao)位🎯移信号(hào)轉換成與(yu)流量線性(xìng)對應的标(biāo)準電流信(xìn)号🚩輸出遠(yuǎn)傳。
由(yóu)于每台金(jīn)屬管轉子(zǐ)流量計的(de)錐管和浮(fú)子的加🌐工(gōng)誤差不可(ke)能一緻,每(mei)台流量計(jì)的流量值(zhi)Q和浮子🍓位(wèi)移h的作線(xiàn)性關系也(ye)不可能一(yī)樣,所以在(zai)實際制造(zào)時流量計(ji)的凸輪都(dou)要逐台👌校(xiào)驗加工,設(shè)Q與h的非線(xiàn)性回歸模(mó)型爲幾何(he)關系求㊙️出(chu)将p與h線性(xìng)化所需的(de)非線性修(xiu)正曲線,以(yǐ)上求解過(guò)程都通過(guo)計算機編(bian)程實現。将(jiāng)求出的非(fei)線性修正(zhèng)曲線通過(guò)計算機控(kòng)制數控銑(xi)床加工成(chéng)凸輪,如圖(tú)5所示,即可(kě)使輸出電(dian)😄流與流量(liàng)呈線性關(guān)系。
采用凸(tu)輪進行線(xian)性化,減少(shǎo)了零件數(shù)量和零件(jian)之間的傳(chuán)🌈動🔞摩擦力(lì),使流量計(jì)的轉換器(qi)結構簡化(hua),體積小🌂型(xing)化,可靠性(xìng)提高,使用(yòng)時更加簡(jian)單、方便。借(jiè)助CAM技術,使(shi)流量計的(de)校驗時間(jian)大大縮短(duǎn),提高了儀(yí)表制造廠(chǎng)的生産效(xiào)率。采用該(gāi)技術後,每(měi)台流量計(jì)的🌍出廠校(xiào)驗時間由(you)原來的平(píng)均約40min縮短(duǎn)🔞爲25min,同時提(tí)高了産品(pin)質量,産生(shēng)了較好的(de)經濟效益(yì)。
3結束語
随(sui)着機加工(gong)工藝和計(ji)算機、微電(dian)子技術的(de)發展,金屬(shǔ)管轉子流(liú)量計的線(xiàn)性化技術(shu)也出現了(le)新的發展(zhan)方向。目前(qián),國外有的(de)流量計直(zhi)接将線性(xing)化曲線通(tōng)過數控加(jiā)工設備加(jia)工到浮子(zi)上,從而使(shǐ)浮子位移(yí)與流量呈(chéng)線性關系(xi)另外,還出(chū)現了帶微(wēi)處理器的(de)全電子式(shi)的流量計(ji),采用霍爾(ěr)傳感器檢(jiǎn)測浮子位(wei)移,由微處(chù)理器通過(guò)軟件進行(háng)線性化,從(cóng)而使儀🔴表(biao)結構更🍓簡(jian)化,精确度(du)更高,功能(néng)更強,工作(zuò)更可靠。這(zhè)些都代表(biao)了流量計(ji)線性化技(ji)術的🌐發🚩展(zhǎn)趨勢。
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