金屬管轉子流(liú)量計
由(yóu)于它的流通(tōng)面(miàn)積是随(suí)着流量的大小而改(gǎi)變的,故又(yòu)被稱爲(wèi)變(biàn)面積流量計。作(zuò)爲轉(zhuǎn)子式流(liú)量計,它不僅有(yǒu)效地擴大了原來玻璃(lí)轉子流量計的(de)測量範圍(wéi),而且(qiě)提高了對使用(yòng)環境的适(shì)應性,還可測(cè)量多種(zhǒng)介質(包括一些(xiē)高粘(zhān)度和(hé)腐蝕(shí)性介質)的(de)流量(liàng),特别适(shì)宜測量(liàng)中、小管(guǎn)徑、較低(dī)雷諾數(shù)的中、小(xiǎo)流量,刻度(dù)近似線性(xìng)(最大(dà)刻度(dù)非線(xiàn)性程(chéng)度約(yuē)爲20%一25%,通過指示(shì)器中的凸輪闆(pǎn)進行(háng)修正),量程(chéng)比爲1;10,甚至可以(yǐ)更寬(kuān),壓(yā)爲損失(shī)較小且恒定,精(jīng)度在(zài)土2.5%左右,使(shǐ)用維護簡便,對(duì)儀表(biǎo)前(qián)的(de)直管(guǎn)段要求不高,特(tè)别是(shì)當采(cǎi)用了(le)變電容式角位(wèi)移轉換器,還能(néng)進行遠距離信(xìn)号傳(chuán)輸和實現自動控制(zhì)。憑借(jiè)其自(zì)身的這些(xiē)有利的特(tè)點,近幾年來(lái),它在國(guó)内流(liú)量測量領域(yù)裏(lǐ)正異軍突(tū)起,開始廣(guǎng)泛應用于國防、化工、石油、冶(yě)金、醫藥和輕(qīng)工等(děng)工業(yè)部門的液體、氣體流量測(cè)量和(hé)自動控制(zhì)系統(tǒng)。
金屬(shǔ)管轉子流(liú)量計(jì)的(de)結(jié)構如圖1所示,傳感器(qì)中浮(fú)子(zǐ)位置的(de)變化反映了流(liú)量的大(dà)小,當被(bèi)測量(liàng)發生變化(huà),儀(yí)表的指示标(biāo)尺(運動部件)将(jiāng)由原(yuán)來的平衡(héng)位置移(yí)動(dòng)到新(xīn)的平衡位(wèi)置,但是指(zhǐ)示标(biāo)尺由(yóu)戶質性的(de)作(zuò)用,它不能立(lì)刻停(tíng)止在新(xīn)的平衡(héng)位置,而(ér)在此位(wèi)置附近往(wǎng)複振(zhèn)蕩。特别是(shì)當該儀表(biǎo)被用于測量氣(qì)體流量時(shí),在管(guǎn)路系(xì)統中(zhōng)有時出現流體(tǐ)的脈動現象,使得傳(chuán)感器(qì)中浮(fú)子出(chū)現往複的(de)機械(xiè)振動,通過(guò)磁禍(huò)合,這種有(yǒu)害的(de)振(zhèn)動将被(bèi)傳遞給指示器中的指(zhǐ)示标尺,嚴重(zhòng)地影響儀(yí)表(biǎo)的(de)準(zhǔn)确讀數(shù)。對于(yú)具有電遠傳性(xìng)能的(de)儀表(biǎo),還将引起輸出信号(hào)的不平穩,并使與之配套(tào)的記錄儀表的(de)記錄嚴重(zhòng)失真。因而,要克(kè)服這(zhè)種流體脈動效(xiào)應引起的機械(xiè)振動(dòng)現象(xiàng),筆者在其(qí)指示器内(nèi)設置阻(zǔ)尼裝置,以提(tí)高(gāo)其讀數(shù)精(jīng)度。
以下就(jiù)空氣阻尼(ní)裝置、液體阻尼裝置(zhì)和磁(cí)感應阻尼(ní)裝置的性(xìng)能特(tè)性進行分析比(bǐ)較。
圖(tú)2反映(yìng)了各類阻(zǔ)尼的粘度(dù)一溫(wēn)度(dù)特(tè)性曲(qǔ)線,從圖可以得(dé)到這樣(yàng)的(de)結論:由于空氣粘度(dù)很少受(shòu)溫度波動影響,空氣阻(zǔ)尼的(de)溫度(dù)穩定性比(bǐ)相(xiàng)應的液(yè)體阻尼要(yào)好,空(kōng)氣阻(zǔ)尼值随溫(wēn)度變化最小,而(ér)且它(tā)與液體和磁感應阻尼相(xiàng)反,空氣(qì)阻尼随溫度增高而增(zēng)大,但(dàn)是由于它(tā)的尺(chǐ)寸大而笨重,所(suǒ)以很(hěn)少采(cǎi)用。液體阻尼雖(suī)然在(zài)非常小的(de)空間内(nèi)幾乎能(néng)夠得到無限大的阻尼(ní),但是它(tā)的溫度穩定性(xìng)比相(xiàng)應的空氣(qì)、磁感(gǎn)應阻尼要(yào)差,它的阻(zǔ)尼值(zhí)随溫度(dù)變化大(dà)。而磁感應(yīng)阻尼(ní)的溫度穩定性(xìng)與空氣阻尼相(xiàng)近,它(tā)的(de)阻尼值(zhí)随溫度變(biàn)化很(hěn)小,而(ér)且(qiě)磁感應阻尼(ní)是一(yī)種最(zuì)能預測估算的(de)阻尼型(xíng)式(shì)。在(zài)任(rèn)何給定環境溫(wēn)度的條(tiáo)件(jiàn)下,根(gēn)據磁(cí)感應阻尼(ní)裝置的設計參(cān)數能(néng)以足夠的精度計算(suàn)出它的一個重要性(xìng)能指(zhǐ)标:阻尼力矩(jǔ)。磁(cí)感(gǎn)應阻尼(ní)裝置産生的(de)阻(zǔ)尼力矩嚴格地與運動物體速度的一(yī)次方成(chéng)正比,不(bú)會影響(xiǎng)儀表的靜态(tài)精(jīng)度,在(zài)結構(gòu)上也(yě)容易實(shí)現。
值得(dé)指出(chū)的是,磁感(gǎn)應阻(zǔ)尼裝置的(de)工作(zuò)原理(lǐ)實質(zhì)上是電(diàn)磁(cí)學理(lǐ)論中所闡述的(de)一種渦流的機(jī)械效(xiào)應。
如果渦流載(zǎi)體用銅(非(fēi)鐵磁性的(de)良導(dǎo)體材料)制造,刀(dāo)令麽該種(zhǒng)磁感(gǎn)應阻(zǔ)尼(ní)裝置的(de)阻尼(ní)力矩随溫(wēn)度每升高1℃而大(dà)約降低0.4%(忽略大(dà)約要(yào)低(dī)一個量(liàng)級的磁(cí)路(lù)的溫(wēn)度系(xì)數(shù)影響(xiǎng))。由(yóu)此可見,磁(cí)感應(yīng)阻尼的這些特(tè)點是其它類型(xíng)阻尼裝(zhuāng)置所無(wú)法比拟的。因此(cǐ),我們采用磁感(gǎn)應阻(zǔ)尼裝(zhuāng)置是(shì)十分合(hé)适的。
對(duì)于(yú)具體的(de)阻尼(ní)裝置(zhì),阻(zǔ)尼時間(jiān)是個(gè)重(zhòng)要(yào)的參數。阻(zǔ)尼時間是(shì)指當儀表轉動(dòng)部分部件(包括(kuò)指示标尺在内(nèi))從開(kāi)始運動到(dào)在平(píng)衡位(wèi)置附近振(zhèn)動,其振幅(fú)不超過給(gěi)定值(zhí)△a而可(kě)進行(háng)讀數(shù)的時間(jiān)。
關(guān)于磁(cí)感應阻(zǔ)尼裝置(zhì)設計計算(suàn),這裏(lǐ)列舉(jǔ)具有(yǒu)永久(jiǔ)磁鋼(gāng)和非鐵磁(cí)性的(de)良導體材(cái)料扇形(xíng)銅闆的(de)磁感應阻(zǔ)尼裝(zhuāng)置(見(jiàn)圖3)進(jìn)行介(jiè)紹。
當設定(dìng)已知允許阻尼(ní)時間(t2)動和(hé)允(yǔn)許振動幅△a時,則計(jì)算設計(jì)的步驟(zhòu)如下:
式中ao一儀(yí)表轉(zhuǎn)動(dòng)部(bù)分穩(wěn)定後(hòu)的(de)角度
利(lì)用圖4可求最佳(jiā)阻尼因數月。p,或(huò)利用圖5曲線來(lái)确(què)定(dìng)(ωot) tmin和(hé)相應的(de)b值(ωo爲無阻尼時系統固有振動(dòng)的角頻率(lǜ))
(2)按選定的扇形磁感(gǎn)應阻尼裝置的結構條件(jiàn),初選(xuǎn)主要尺寸(參見圖3所(suǒ)标的(de)各有(yǒu)關尺寸)。
(3)按選定運(yùn)動(dòng)系統的結(jié)構尺寸和(hé)參數(shù)計算ωot,并可用公(gōng)式:
ω0≥(ωot)min/tz
進行校(xiào)驗。顯(xiǎn)然,增大ω0,可使tz減(jiǎn)小。
(4)計算扇形磁感應(yīng)阻尼裝(zhuāng)置(zhì)的阻尼系(xì)數c:
式中
h—扇形(xíng)感應片(piàn)厚度,cm
b—磁鋼(gāng)截面長(zhǎng)度(dù),cm
d—磁鋼截面(miàn)寬度,cm
b—磁感應(yīng)強度,tr
r—扇(shàn)形半徑,cm
ρ—扇(shàn)形感應片(piàn)材料(liào)的電(diàn)阻率,Ωmm2/m
x—磁鋼(gāng)到扇形感應片(piàn)邊緣(yuán)的徑向距(jù)離,em
l—系(xì)數(shù),由(yóu)圖6查出
k—系(xì)數,由圖7(圖7中符号(hào)ι=b+2x爲查出(chū)後,按(àn)下式計算(suàn):
k=2(kl一k2十(shí)k3一……)
式中系數kl、k2、k3、…分(fèn)别按ι1=b十2x、ι2=2x(b十(shí)2x)、ι3=3(b+2x)…由圖7查(chá)出。實用(yòng)證明,隻(zhī)需(xū)計算(suàn)kl和k2兩個系數即(jí)可,其(qí)計算誤差(chà)不超過10%.
(5)由公式(shì)b= 1132-9求出(chū)所設計的(de)阻尼(ní)裝(zhuāng)置(zhì)的阻尼因(yīn)數b值的實(shí)際值(i爲運(yùn)動部(bù)件的轉動慣量)。
(6)由計算法(fǎ)确定(dìng)阻尼時間ι2
式中(zhōng)a—儀表(biǎo)轉動(dòng)部分(fèn)的偏轉(zhuǎn)角
da/dt—儀表(biǎo)轉動部分的角速度(dù)這裏忽略了雜(zá)散磁場和磁場(chǎng)的非均勻(yún)性,所(suǒ)以(yǐ)實(shí)際得到的(de)阻尼(ní)力矩(jǔ)通常(cháng)略高于計算得到(dào)的阻尼(ní)力(lì)矩。
至此,可以(yǐ)看到合理地運(yùn)用阻(zǔ)尼裝(zhuāng)置,能(néng)較容(róng)易、較成功地克服由于流體流動的(de)脈動(dòng)而幹擾(rǎo)、影(yǐng)響金(jīn)屬管轉子(zǐ)流量(liàng)計在進行(háng)流量(liàng)測量(liàng)時的振蕩(dàng)現象,提(tí)高了測(cè)量的準确度(dù)。
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