0引言(yán)
金屬(shǔ)管轉(zhuǎn)子流(liú)量(liàng)計(jì)(以(yǐ)下簡稱(chēng)流量(liàng)計)具(jù)有測量介質種類多(duō)、結構簡單(dān)、穩定(dìng)可靠(kào)、可(kě)測中小(xiǎo)流量、壓力(lì)損失(shī)恒定、使用壽命(mìng)長、易(yì)于維(wéi)護、能就地(dì)指示流量(liàng)值等特點,廣泛(fàn)應用于石油、化(huà)工、冶金、能源、輕工等工業部門中的流量(liàng)測量(liàng)。
金屬管(guǎn)轉(zhuǎn)子流(liú)量計(jì)屬于面積(jī)式流量計,基于(yú)定壓(yā)降變(biàn)節流面積測量(liàng)流量(liàng),如圖(tú)1所(suǒ)示。流量計垂直安(ān)裝在(zài)管道上,當流體自下而上流經錐管時,浮子的前後(hòu)就産生差(chà)壓(yā)。浮子在(zài)差壓(yā)作用下産生(shēng)上(shàng)升或(huò)下降(jiàng)的位(wèi)移。當(dāng)使(shǐ)浮子上(shàng)升的(de)差(chà)壓與浮(fú)子所(suǒ)受(shòu)的重力(lì)、浮力及粘性力三者的合力相(xiàng)等時,浮子便處(chù)于平衡狀态,因此(cǐ),浮子的(de)位移(yí)與流量的大小存在唯一的對(duì)應關系。檢測出(chū)浮子的位移大(dà)小就可(kě)以(yǐ)得到(dào)被測流體(tǐ)的流
當浮子處于靜(jìng)止位置時,被測流體的體積(jī)流量可由(yóu)下式(shì)計算:
式中(zhōng):q爲體(tǐ)積流量;α爲(wèi)流出(chū)系數(shù); ?k爲浮(fú)子最(zuì)大直(zhí)徑與其(qí)同(tóng)高度錐管橫截(jié)面之(zhī)間的環隙面積;g爲重(zhòng)力加(jiā)速度;v?爲(wèi)浮子的(de)體積(jī);ρ?爲浮子的(de)密度; ρ爲被(bèi)測流(liú)體的密度(dù);a爲浮(fú)子的(de)最(zuì)大截面(miàn)積。
當(dāng)儀表(biǎo)的結(jié)構參數确(què)定後(hòu),而且雷諾數大于界限雷(léi)諾數時,a爲常數,則
由(yóu)式(4)可(kě)知,流量與(yǔ)浮子的位移呈非線性關(guān)系,要(yào)得到線(xiàn)性刻度或輸(shū)出線性的(de)電流(liú)信(xìn)号,就必(bì)須設計非(fēi)線性(xìng)修正(zhèng)機(jī)構(gòu)進行(háng)線性化。
目(mù)前,國内外(wài)金(jīn)屬管轉(zhuǎn)子流量(liàng)計(jì)采用(yòng)的線(xiàn)性化技術(shù)主要有兩(liǎng)種:一(yī)是應用四連杆(gǎn)進行非線(xiàn)性修(xiū)正;二(èr)是利用凸(tū)輪進行非線性修正(zhèng)。下面(miàn)着重(zhòng)介紹(shào)這(zhè)兩種線(xiàn)性化(huà)技術。
1采用(yòng)四連(lián)杆的線性化技術
采用四連杆進(jìn)行(háng)線性化的(de)流(liú)量(liàng)計工(gōng)作原理如圖2所示。當被測流體(tǐ)自下而上(shàng)流過錐管1時,浮(fú)子2就
産生位移,浮子的位移(yí)通過磁鋼(gāng)4、5的禍(huò)合傳(chuán)給平衡杆(gǎn)6。此時,位移(yí)和流(liú)量的關(guān)系(xì)爲非(fēi)線性,必須通過連杆8、9、10進行線性化才能(néng)使指針(zhēn)11有線(xiàn)性流量(liàng)指(zhǐ)标。四連杆的工(gōng)作原(yuán)理如圖3所(suǒ)示。
由式(shì)(4)求導(dǎo)可得(dé)流量對浮子位移的(de)變化率爲(wèi)
dq/dh=α+2bh (5)
由式(5)可知,當h增(zēng)大時,單位(wèi)位移(yí)所代表的(de)流量(liàng)值也增大爲了(le)使流量指(zhǐ)針的(de)指示角Ψ與(yǔ)角度(dù)θ也呈線(xiàn)性(xìng)關(guān)系,必須(xū)滿足dΨ/da也随(suí)h的增大(dà)而(ér)增大(dà),這就是對四連(lián)杆線(xiàn)性(xìng)化能力的要(yào)求(qiú)。
連杆8、9、10的(de)長度分(fèn)别爲a、b、c,連(lián)杆8與平(píng)衡(héng)杆6固(gù)定在(zài)一(yī)起(qǐ),指針(zhēn)與連(lián)杆10固定在(zài)一起。要求轉角(jiǎo)Ψ的變化和(hé)流量(liàng)q的變化呈(chéng)線性(xìng)關系(xì),這樣可用(yòng)dΨ代替dq,用da代替dh,代(dài)人公(gōng)式(5)得
dΨ/dα=α+2bα （6）
爲了(le)滿足Ψ的(de)變化和(hé)q的變化呈線性(xìng)關系,要求(qiú)α增大時dΨ/dα也增大由圖(tú)3可見:
dΨ/dα=asinθ/(csin?) （7）
式(7)中(zhōng),角α、θ、三(sān)者的變化方向是一緻的,即随角α增大, θ和也增(zēng)大。因爲a、c爲常數(shù),所以必須使(shǐ)α增(zēng)大時,sinθs/in?也增(zēng)大。爲(wèi)此,當α增大時, θ應(yīng)在0~90°範圍内變化(huà),則sinθ增(zēng)大;而?應在(zài)90°~180°範圍(wéi)内變化,則sin了減(jiǎn)小。這樣就(jiù)達到了(le)當α增大時,dΨ/dα也增大,從而(ér)實(shí)現線性(xìng)化的(de)目的。
采用(yòng)四連(lián)杆進行線性化所用零件多,摩(mó)擦力大,工作過程(chéng)中易脫(tuō)落,而(ér)且調整也(yě)比(bǐ)較麻煩(fán)。近年來随(suí)着計算機(jī)輔助(zhù)制造(zào)(cam)技(jì)術的推(tuī)廣應用,部(bù)分生産廠(chǎng)家的流量(liàng)計開始采用凸(tū)輪進行線性化(huà)。
2采用凸輪(lún)的線(xiàn)性(xìng)化(huà)技術
采用(yòng)凸輪進行(háng)線(xiàn)性化的流量計工(gōng)作原理如(rú)圖4所示。當(dāng)被測流體(tǐ)自下而上流過(guò)錐管1時,浮(fú)子2就(jiù)産生位移(yí),浮子的位移通(tōng)過磁(cí)鋼4、5的(de)藕合傳給(gěi)平(píng)衡(héng)杆(gǎn)6。經(jīng)過凸(tū)輪7的線性化和調整件8的傳動(dòng),将與流量(liàng)呈線(xiàn)性關系的角位(wèi)移傳遞給角位(wèi)移轉(zhuǎn)換器9,角位移轉換器将角位移信号轉換(huàn)成與(yǔ)流量(liàng)線性對應的(de)标(biāo)準電(diàn)流信号輸出遠傳。
由于每台金屬管轉子(zǐ)流量計(jì)的錐管和浮(fú)子的加工(gōng)誤差不可能一(yī)緻,每台流(liú)量計(jì)的流量值(zhí)q和浮(fú)子位移h的(de)作線性關(guān)系也不可能一樣,所以在(zài)實際制造時流量計的凸(tū)輪都要逐台(tái)校驗加(jiā)工,設(shè)q與h的非線性回歸模型爲(wèi)幾何關(guān)系(xì)求出(chū)将p與(yǔ)h線性(xìng)化所(suǒ)需的(de)非(fēi)線性修正曲(qǔ)線,以上求解過程都(dōu)通過(guò)計算機編程實(shí)現。将求出(chū)的非線性修正曲線(xiàn)通過計算(suàn)機控制數控銑床加(jiā)工成凸輪,如圖5所示,即可使輸(shū)出電流與(yǔ)流量(liàng)呈線(xiàn)性關系。
采用凸輪進(jìn)行線性化(huà),減少了零件數量和(hé)零件之間的(de)傳(chuán)動摩擦(cā)力(lì),使流(liú)量計的轉換器結構簡(jiǎn)化(huà),體積小型化,可(kě)靠性(xìng)提高,使用(yòng)時更(gèng)加簡(jiǎn)單、方(fāng)便。借助cam技術(shù),使流量(liàng)計的校驗(yàn)時間(jiān)大大縮短,提高(gāo)了儀表制(zhì)造廠的生産效率。采(cǎi)用該技術後,每(měi)台流量計的出(chū)廠校(xiào)驗時(shí)間由(yóu)原來的平(píng)均約(yuē)40min縮短爲25min,同(tóng)時提(tí)高了(le)産品(pǐn)質量(liàng),産生了較好的經濟(jì)效益。
3結束(shù)語
随着機加工(gōng)工藝和計算機(jī)、微電子技(jì)術的發展(zhǎn),金屬管轉(zhuǎn)子(zǐ)流量計的線性化技(jì)術也出(chū)現了新的發展(zhǎn)方向。目(mù)前,國外(wài)有的流量計直接将線性化曲(qǔ)線通過(guò)數控加工設(shè)備(bèi)加(jiā)工到(dào)浮子(zǐ)上,從(cóng)而使浮子位移與流(liú)量呈線性關系(xì)另外,還出現了(le)帶微處理(lǐ)器的全電子(zǐ)式的流(liú)量計,采用(yòng)霍爾(ěr)傳感(gǎn)器檢測浮(fú)子位(wèi)移,由微(wēi)處(chù)理器通過軟件(jiàn)進行線性化,從而使(shǐ)儀表結構(gòu)更簡(jiǎn)化,精确度(dù)更高,功(gōng)能更(gèng)強(qiáng),工作更可(kě)靠。這(zhè)些都(dōu)代表了流(liú)量計線性化技(jì)術(shù)的(de)發展(zhǎn)趨勢(shì)。
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