金(jīn)屬管轉(zhuǎn)子流量(liàng)計
是一(yī)種結(jié)構簡單、工(gōng)作可靠的(de)流量(liàng)測量儀表,它可(kě)用來連續(xù)測量管道(dào)中液體、氣(qì)體和蒸(zhēng)汽的流量(liàng)。
一(yī)、工作原理(lǐ)
金屬管轉子流量計有電遠傳(chuán)型、氣(qì)遠傳型和(hé)指示(shì)型等多種(zhǒng)型式。金屬管轉(zhuǎn)子流量計的工作原理見(jiàn)圖1。當被測(cè)介(jiè)質自下向上流過(guò)錐管(guǎn)時,浮子向上升(shēng)起,浮子的(de)位移(yí)通過磁鋼的藕(ǒu)合傳出(chū),使(shǐ)平衡(héng)杆産(chǎn)生(shēng)角(jiǎo)位移(yí),通過(guò)四連杆機(jī)構的傳(chuán)遞,最後(hòu)由指針來(lái)實現流量指示(shì)。
二、出(chū)廠校驗
每台(tái)儀表出(chū)廠前,都要(yào)經過(guò)水(或(huò)空氣)的流(liú)量校驗,校驗順序如下(xià):
(l)通過(guò)水(shuǐ)流量校驗(yàn)設備,測定浮子位移(yí)和流(liú)量的關系。流量(liàng)數據由實(shí)際測量得(dé)到,浮子位移數(shù)據在(zài)表上的長(zhǎng)條形标尺上讀出。
(2)調(diào)整四(sì)連杆機構(gòu),使指針有線性(xìng)的流(liú)量(liàng)指(zhǐ)示。
(3)複(fú)校,按儀表指示(shì)來檢查該(gāi)指示(shì)值下(xià)的實際流(liú)量值(zhí)。
三、目前存(cún)在問題(tí)
(l)在(zài)儀表(biǎo)的出廠校(xiào)驗中(zhōng),經常(cháng)出(chū)現“浮子(zǐ)位移和流量的關系(xì)不穩定(dìng)”的(de)情況(kuàng)。
(2)已人(rén)庫的(de)儀表(biǎo),有(yǒu)時發現(xiàn)“流量(liàng)一位移”關(guān)系發(fā)生改變,儀(yí)表精度出現超(chāo)差。
(3)用戶無法驗證新收到(dào)的儀(yí)表以及正常工(gōng)作運(yùn)行中(zhōng)的儀(yí)表的指示正确(què)性。
(4)儀表清洗或維修後(hòu),無法檢查和(hé)保證儀表的(de)精度是(shì)否仍(réng)滿足要求(qiú)。.
(5)浮子(zǐ)上的(de)磁鋼有退(tuì)磁現象。磁鋼的(de)磁性(xìng)減弱後,儀(yí)表是否還能繼續使用(yòng)?其結果又如何處理?
以(yǐ)上各種問題都(dōu)是轉子流量計生(shēng)産廠及用戶(hù)所關心和急待解決(jué)的。發生這(zhè)些問題的(de)根源是流量計流量(liàng)一位移(yí)的(de)關系(xì)發生了變化,而(ér)且還缺少(shǎo)一種(zhǒng)在現(xiàn)場檢查它(tā)們變化量大小(xiǎo)的辦法(fǎ),更(gèng)沒有(yǒu)在它們變(biàn)化後(hòu)作出(chū)現場調正(zhèng)恢複精度(dù)的手段。
四(sì)、問題(tí)分析(xī)
在金屬管轉子(zǐ)流量(liàng)計出廠(chǎng)校驗中(zhōng),最(zuì)關鍵的(de)是尋找流量-位(wèi)移正确的(de)對應關系。此“關系”目(mù)前生産(chǎn)制(zhì)造沒(méi)有标(biāo)準化,每台(tái)表要不一樣的(de)。制造廠自己在(zài)流(liú)量校驗(yàn)以前(qián)也不知道(dào)這(zhè)台(tái)表的流量和浮(fú)子位(wèi)移(yí)關(guān)系的(de)具體(tǐ)數值(zhí),所以才規(guī)定每(měi)台儀(yí)表在出廠(chǎng)前必須經過流量校(xiào)驗。儀表的(de)流量(liàng)指示(shì)和(hé)輸出信号都是在找出的“流量一(yī)位移(yí)”的基(jī)礎(chǔ)上進行(háng)調整(zhěng)的(現在的(de)問題(tí)是原來找(zhǎo)好的“關系”後來(lái)變化了,因此(cǐ)引起了(le)整個儀表精度(dù)的(de)變化)。
問(wèn)題的(de)核心(xīn)是調(diào)整好的“流量一位移”關系怎麽會變化?怎(zěn)樣知(zhī)道“關系”變化了(le)?變了多少?變了以後怎麽來糾(jiū)正等(děng)等(děng)。下(xià)面分析一(yī)下“流量-位(wèi)移關(guān)系(xì)”變化的(de)原因。
圖2爲“流量(liàng)一浮子(zǐ)位移”傳遞關系圖。浮子(zǐ)2在錐管l内的上下位置是(shì)由流量的(de)大小與轉換器的大小決(jué)定的,與轉換器(qì)上的零件無關(guān),所以,可以用浮(fú)子的(de)上下位置(zhì)來代表流(liú)量的(de)大小。但是(shì),由于(yú)殼體是(shì)金(jīn)屬制(zhì)作的(de),浮子(zǐ)的位(wèi)置見(jiàn)不到。通常該位(wèi)置是(shì)通過(guò)兩對磁鋼(gāng)的藕(ǒu)合來傳遞(dì)的,平衡杆上的(de)磁鋼(gāng)與浮(fú)子上的磁(cí)鋼互相(xiàng)吸引,再通過平衡杆上(shàng)的指針來反映(yìng)浮子的(de)位置。問(wèn)題是平衡杆上的位(wèi)移(yí)指針是(shì)否能真實地反(fǎn)映浮子位移量(liàng)。試驗發現(xiàn),當平(píng)衡杆(gǎn)兩端的平(píng)衡狀态(tài)改變時(shí),盡管(guǎn)浮子位置(zhì)不變(biàn),位移指針(zhēn)的指示也會變(biàn)化。另外,位移指(zhǐ)針本(běn)身還(hái)能彎(wān)曲和移(yí)動,這樣就造成了“流量(liàng)一位移指(zhǐ)示”關系發生了(le)變化(huà)。
下(xià)面通過受力分(fèn)析,來尋(xún)找“關系(xì)”變化的規律。
每(měi)台儀表(biǎo)的平衡杆都(dōu)是調過平(píng)衡的,但是(shì)不可能絕對(duì)平衡,一(yī)般(bān)總是有點不(bú)平衡的。
如圖3所(suǒ)示,設平衡(héng)杆的(de)磁鋼端較重,其(qí)不平衡力(lì)爲fl,而磁鋼(gāng)間的吸引(yǐn)力爲凡,這兩個(gè)力都(dōu)要使平衡(héng)杆産生轉動,但(dàn)方向(xiàng)相反。平衡(héng)時,這兩(liǎng)個(gè)力(标(biāo)量)應(yīng)該有(yǒu)如(rú)下關系:
f2sinα=f2′= f1
式中(zhōng)α—内外(wài)兩磁鋼的(de)偏離角(jiǎo)
若兩(liǎng)磁(cí)鋼間的距離爲(wèi)α則可算出磁鋼(gāng)的偏離量爲b=αtgα當(dāng)偏離(lí)角(jiǎo)α較小時(shí)，則tgα≈sinα，所以(yǐ)b=αtgα≈α sinα=αf1/ f2。
從式中(zhōng)可見,當平(píng)衡杆(gǎn)兩邊(biān)平(píng)衡,即f1=0時,b=0,内外(wài)兩磁鋼的(de)位置(zhì)是(shì)正确對(duì)應的(de)。若f1≠0,則b≠0,而且f1愈大,偏離量b也(yě)愈大。同時,磁鋼的吸引力(lì)f2愈大(dà),b愈小,所以(yǐ)要求(qiú)磁鋼(gāng)應具(jù)有較(jiào)大強度。當(dāng)儀表用了(le)一(yī)段時間(jiān)而引起磁(cí)性減弱(ruò)時(即所謂退(tuì)磁現象(xiàng))就會引起凡(fán)減小和偏(piān)離量b變大。當然(rán),如果(guǒ)我們能做(zuò)到使f1=o(即絕(jué)對平(píng)衡),那(nà)末(mò),不管(guǎn)f2怎麽變化(隻(zhī)要f2>0),偏離量b始終爲零(líng)。
當出現f2< f1時(因爲(wèi)f1/ f2== sinα而(ér)sina不(bú)可能大于(yú)1,所以(yǐ)無解),出現(xiàn)了兩磁鋼吸不(bú)住而不跟(gēn)随的(de)現象(xiàng)。
由(yóu)于用戶(hù)在(zài)維修和調整(zhěng)儀表時,很難(nán)避免出現破壞平(píng)衡,加上磁鋼本(běn)身的退磁現象,所以(yǐ)很容易引(yǐn)起偏(piān)離(lí)量b的變(biàn)化,從(cóng)而産(chǎn)生了(le)浮子位(wèi)置與指示值(zhí)不一緻的(de)現象。
五、試驗過程
(l)按常規的(de)出(chū)廠校驗方(fāng)法裝配,調整(zhěng)好一台(tái)完整的儀(yí)表,在水流(liú)量(liàng)裝置上(shàng)校驗。
(2)記下(xià)校驗(yàn)中得到的流量一位移關(guān)系及“零位線”的數據(jù),并在(zài)輔助度盤(pán)上的(de)相應位置(zhì)處畫上“流量線(xiàn)”和“零(líng)位(wèi)線(xiàn)”(“流量(liàng)線”是(shì)20%、60%、100%最大流量所對應的浮子(zǐ)位移畫黑線(xiàn);“零位線”是流量爲(wèi)零時浮子(zǐ)所停留的(de)位置(zhì)畫紅線(xiàn))。
(3)模仿用戶對(duì)儀表的維修、調(diào)整、清洗等(děng)情況(kuàng),試驗它(tā)們對儀表的影(yǐng)響(xiǎng)及清除辦法。
(4)放置一(yī)段時間後(hòu),檢驗(yàn)“流量線”和“零位(wèi)線”的穩定性和正确性。
六、試驗(yàn)數據整(zhěng)理(lǐ)
(l)第一(yī)次校驗、調整後得到的數(shù)據見(jiàn)表l。
“零位(wèi)線”爲0.65;“流(liú)量線”爲3.35、7.5、11.00
表l的儀表(biǎo)規格是(shì)1000l/h,表上(shàng)流量線(xiàn)所對應的标準流量值(zhí)是200、600和1000lh/,對2級精度(dù)的儀表,允(yǔn)許誤差(chà)爲士20l/ho
(2)平衡破(pò)壞,使平衡(héng)杆的(de)磁鋼(gāng)端偏重時(shí)流量位移數據(jù)見表o2
“零(líng)位線”指示由(yóu)0.65降(jiàng)到0.4,各“流(liú)量線”下的流量(liàng)普遍增大(dà),最大(dà)變化量爲(wèi)44l/h,即誤差增(zēng)大4%以上。
(3)平衡杆磁鋼端偏(piān)輕時的流量位(wèi)移值見(jiàn)表(biǎo)3。
與表(biǎo)1比較(jiào),“零(líng)位線”指(zhǐ)示由(yóu)0.65升到0.82,各“流(liú)量線”的流量普(pǔ)遍減(jiǎn)小,誤(wù)差變(biàn)化2%以上。
(4)在(zài)磁鋼(gāng)端變輕的不平衡情(qíng)況下,故意(yì)不(bú)調整平衡,隻(zhī)是把(bǎ)“零位線”的(de)指示(shì)放回(huí)到0.65,此(cǐ)時流量的變化情況(kuàng)如表(biǎo)4所示(shì)。
該數據(jù)與表1比(bǐ)較,雖(suī)然也變(biàn)小了,但變化(huà)量不(bú)超過10l/h,所有數據都在(zài)精度範圍(wéi)内。
(5)粗略地重新調平(píng)衡,然(rán)後再(zài)把“零位線”指示調正(zhèng)确,流量和(hé)位移的變(biàn)化情況如(rú)表5所不。
表(biǎo)5的數據比(bǐ)表4更(gèng)好了,與表(biǎo)1比較(jiào),誤差變化隻有(yǒu)0.5%,這對(duì)2級精(jīng)度的(de)儀表來(lái)說(shuō),是令(lìng)人滿(mǎn)意的。
(6)模仿(páng)用戶維(wéi)修(xiū)儀表的情(qíng)況(kuàng),把轉換(huàn)器的(de)機芯(xīn)拆出,傳感器的浮子(zǐ)、錐管(guǎn)等也拆下(xià)重新(xīn)安裝。核對(duì)“零位線”的指示(shì),發現(xiàn)指(zhǐ)示不變(biàn)。通流量測定,數(shù)據沒(méi)有變。
(7)掉換(huàn)轉換器的(de)試驗(yàn)。曾校驗(yàn)過一台錯轉子(zǐ)流(liú)量計(jì),在腐(fǔ)蝕性(xìng)介質(zhì)中用了一年後,再用别(bié)的轉換器與其配套重(zhòng)新校(xiào)驗,試驗時(shí)按原出(chū)廠的校(xiào)驗數據(“零位線(xiàn)”和“流量線,’)進行(háng)調整(zhěng)。原出廠校(xiào)驗的(de)校驗數據(jù)見(jiàn)表6(锆轉(zhuǎn)子,型(xíng)号lzq一(yī)40,規(guī)格4000l/h)。
使用(yòng)一年(nián)後(hòu),轉換器被換的(de)校(xiào)驗數據見(jiàn)表7
由于儀(yí)表(biǎo)在腐蝕性的介質中已用了(le)一年,浮子和錐管表面的光潔(jié)度已(yǐ)下(xià)降,尺寸(cùn)也稍許發生變(biàn)化(表面上(shàng)有氧化層),所以數據(jù)稍有差(chà)别。但從(cóng)試驗(yàn)數據中可(kě)以看出,掉(diào)換轉(zhuǎn)換器後,儀(yí)表的(de)精度羞本上仍能達到2%。
(8)儀表放(fàng)置幾個月(yuè)後(約半年(nián)),檢查原試(shì)驗數據是否(fǒu)保(bǎo)持穩定。由于轉(zhuǎn)換器(qì)曾(céng)與(yǔ)錯轉(zhuǎn)子相(xiàng)配,調整的(de)位置已有變化,所以要重新調(diào)整“零位線(xiàn)”和線(xiàn)性(這(zhè)些工作都(dōu)是在不通流量的條件下進行(háng)的),調整好(hǎo)後(hòu),測到的流(liú)量(liàng)數據(jù)見表(biǎo)8。
注:“正(zhèng)”和“反(fǎn)”是正行程和反(fǎn)行程,前面沒有(yǒu)寫“正(zhèng)、反”的(de)均爲(wèi)正行(háng)程。
這(zhè)是滿(mǎn)量程(chéng)爲1000l/h的儀表(biǎo),各流(liú)量點(diǎn)的标準流(liú)量值依次(cì)爲200、400、600、500以及100olh/,按精(jīng)度(dù)爲士(shì)2%計(jì)算(suàn),各流量測試值(zhí)與标準值(zhí)之(zhī)差(chà)不得(dé)超(chāo)過(guò)士20l/h,從表8可(kě)看出,流量數據(jù)是符合精(jīng)度要求的。雖然(rán)儀表(biǎo)已被放置(zhì)半年(nián),而且轉(zhuǎn)換(huàn)器上(shàng)的零件曾(céng)被“打(dǎ)亂”過(guò)(被(bèi)調整“錯(cuò)轉子(zǐ)”了),但(dàn)隻要按原出廠時畫(huà)的“零位線”和“流(liú)量線”進(jìn)行檢查(chá)和校正,不(bú)需要(yào)通水(shuǐ)試驗就能(néng)保持(chí)原有(yǒu)的儀(yí)表(biǎo)精度。
七、試驗(yàn)結論(lùn)和說明
(l)本(běn)文中所說的“零位線”是(shì)指(zhǐ)流量(liàng)爲零(líng),浮子落在(zài)最低(dī)處時(shí)的浮(fú)子位移指示值(zhí)。而此時的流量(liàng)指示(shì)值一般應(yīng)在“0”以下。制造廠爲了(le)使儀表在(zài)流量爲(wèi)零(líng)時流(liú)量指示爲“0”,一般(bān)是通過轉換器(qì)内的(de)限位機構(gòu)來保(bǎo)證“0”流量指示的。爲了讀取(qǔ)“零位(wèi)線”的(de)真實(shí)數據,應将限位(wèi)機構(gòu)松開,以便(biàn)讓平衡(héng)杆能夠(gòu)“自由”降落到最低處(chù)。讀得“零位(wèi)線”的數(shù)值後,再(zài)通過(guò)限位使流(liú)量擴示值指 “o”。
（2）當(dāng)平衡破(pò)壞後(hòu),如不調整“零(líng)位線(xiàn)”指示,儀(yí)表的流(liú)t精度是不(bú)能保證的(de)。從表(biǎo)2和衷(zhōng)3可粉出,誤(wù)差變(biàn)化最(zuì)大爲4%以上(shàng)。
(3)當平衡(héng)破(pò)壞後(hòu),如果不(bú)宜斷調(diào)組平衡,隻是恢(huī)複“零(líng)位(wèi)線”指示(shì),從表4和表(biǎo)1的試(shì)驗數(shù)據(jù)來(lái)看,其(qí)誤差(chà)變化最大(dà)爲(wèi)1%。
(4)當(dāng)平(píng)衡(héng)破壞(huài)後,粗略地調平(píng)衡,然(rán)後調(diào)回“零(líng)位線(xiàn)”指(zhǐ)示,從表(biǎo)5的數據可看出(chū),誤差變化(huà)不超(chāo)過0.5%。調平衡時,隻(zhī)要使平衡(héng)杆在沒有外力(lì)作用(yòng)下能保(bǎo)持(chí)水平(píng)位(wèi)t而不向一端(duān)偏轉就行(háng)。
(5)對于(yú)電遠傳型和氣(qì)遠傳型(xíng)儀(yí)表,其(qí)前面的流量指(zhǐ)示部分的(de)結構(gòu)原理是相同的,隻是在指(zhǐ)示型(xíng)儀表的基礎上(shàng)再附加一套遠(yuǎn)傳(chuán)機構而已。遠(yuǎn)傳部分的作用(yòng)是将流量指示(shì)轉換(huàn)爲電(或氣)标準(zhǔn)信(xìn)号輸出,這部分的調整(zhěng)方法在各自的(de)産品說(shuō)明書上(shàng)均有介(jiè)紹,是不(bú)用水(shuǐ)流量試驗的。隻(zhī)要流量指(zhǐ)示正确,其(qí)輸出(chū)信号(hào)也是(shì)正确(què)性。
(6)雖(suī)然(rán)采用的(de)零件已相隔十年,并(bìng)未(wèi)發現因(yīn)“退磁”現象而對(duì)儀表精(jīng)度造成的影響(xiǎng)。
(7)金屬管(guǎn)轉子流量(liàng)計,儀表口徑爲φ15~150mm,盡管(guǎn)口徑(jìng)不同,但其轉換(huàn)器是通用(yòng)的,所以本(běn)文介紹的方法對各種(zhǒng)口(kǒu)徑都(dōu)是适(shì)用的。
八(bā)、試驗成(chéng)果的意義
一台(tái)儀表(biǎo)在(zài)調(diào)整好(hǎo)後,雖然其(qí)“流量一位移”關(guān)系還(hái)可能會改變(見(jiàn)表2和表3),甚至會(huì)變得使流量超(chāo)差,但(dàn)通過(guò)試驗(yàn),找(zhǎo)到(dào)了它(tā)的變(biàn)化規律(lǜ)。隻(zhī)要通(tōng)過對“零位(wèi)線”的(de)檢查(chá),就可以發(fā)現位移指(zhǐ)示的(de)變(biàn)化量,通過“零(líng)位線(xiàn)”對準,就可(kě)糾正(zhèng)其變化量(liàng)。
當儀表安裝在(zài)現場使用(yòng)時,除了儀表的讀數外,用(yòng)戶不可能(néng)知道管道内的(de)真實流量(liàng)值,因此也(yě)無法核對(duì)儀表的(de)指示是(shì)否正确,也無法(fǎ)判斷流(liú)量與浮(fú)子位移的關系(xì)是否還正确對應。我們(men)從圖1上(shàng)可以看到,當流(liú)量爲零(líng)時(shí),浮子就落(luò)到(dào)最低處(chù),坐落在導向環上,對每一台制(zhì)造好(hǎo)的儀(yí)表(biǎo)來說,這(zhè)個位置是(shì)固定不變(biàn)的。不(bú)管儀(yí)表使用多少年,浮子(zǐ)的“機(jī)械零(líng)位”都應該保持同一個數值。因(yīn)此,在“浮子(zǐ)位移”标尺上的(de)“零位線”指示也(yě)應該保持不變(biàn)。若由于某種原(yuán)因使“零位線”的(de)指示變(biàn)了,就應(yīng)該果(guǒ)斷地(dì)把它(tā)調回(huí)來。“流量線(xiàn)”反映的是浮子(zǐ)離開“零(líng)位”的高(gāo)度。隻(zhī)要“零(líng)位線(xiàn)”的指示保持不(bú)變,“流量線(xiàn)”位置(zhì)上的流量值也(yě)基本不會(huì)改變。用戶(hù)不需(xū)要流(liú)量測(cè)試(shì)設備,就(jiù)能自行檢查和調整。
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