0引言(yán)
金屬管(guǎn)轉子流(liú)量計(以(yǐ)下簡稱(cheng)流量計(ji))具有測(ce)量介質(zhì)種類多(duō)、結構簡(jiǎn)單、穩定(ding)可靠、可(ke)測中小(xiao)流量、壓(ya)力損失(shi)恒定、使(shi)用壽命(mìng)長、易于(yu)維護、能(neng)💞就地指(zhi)示✨流量(liang)值等特(tè)點,廣泛(fàn)應用于(yu)石油、化(huà)工、冶👣金(jin)、能源🌐、輕(qing)工等工(gong)業部門(men)中的流(liu)量📧測量(liàng)。
金屬管(guan)轉子流(liu)量計屬(shu)于面積(jī)式流量(liang)計,基于(yu)定壓降(jiàng)變節流(liu)面積測(ce)量流量(liang),如圖1所(suǒ)示。流量(liàng)計垂直(zhí)安裝在(zai)管道上(shàng),當流體(ti)自下而(ér)上流經(jīng)錐管時(shí),浮子的(de)前後就(jiù)産生差(chà)壓。浮子(zǐ)🍓在差壓(yā)作用下(xià)産生上(shang)升或下(xia)降的位(wei)移。當使(shǐ)浮子上(shàng)升的🏃♀️差(cha)壓與浮(fu)子所受(shòu)的🔴重力(li)、浮力及(ji)粘性力(lì)三者的(de)合力相(xiàng)等時,浮(fu)子便處(chù)于平衡(heng)狀态♋,因(yin)此,浮子(zǐ)的位移(yi)與流量(liàng)的大小(xiao)存在👈唯(wei)一的對(duì)應關系(xì)。檢測出(chū)浮子的(de)位移大(da)小就可(kě)以得到(dào)被測流(liú)體的流(liu)
當浮(fú)子處于(yú)靜止位(wèi)置時,被(bei)測流體(tǐ)的體積(ji)流量可(ke)⛷️由下式(shi)計算:
式(shi)中:Q爲體(tǐ)積流量(liang);α爲流出(chū)系數; ?k爲(wei)浮子最(zuì)大直徑(jìng)與☔其同(tóng)♈高♉度錐(zhuī)管橫截(jié)面之間(jiān)的環隙(xì)面積;g爲(wei)重力加(jia)速度;v?爲(wèi)浮💁子的(de)體積🌐;ρ?爲(wei)浮👈子的(de)密度; ρ爲(wei)被測流(liú)體的密(mi)度;A爲浮(fú)子的最(zui)大截🌂面(miàn)積。
當儀(yi)表的結(jié)構參數(shù)确定後(hou),而且雷(léi)諾數大(dà)于界限(xian)雷諾數(shu)時,a爲常(cháng)數,則
由(you)式(4)可知(zhī),流量與(yǔ)浮子的(de)位移呈(cheng)非線性(xing)關系,要(yao)得到☔線(xiàn)性❤️刻度(du)或輸出(chu)線性的(de)電流信(xin)号,就必(bi)須設計(ji)非線性(xìng)修正機(ji)構進🔱行(háng)線✂️性化(huà)。
目前,國(guo)内外金(jin)屬管轉(zhuǎn)子流量(liàng)計采用(yòng)的線性(xìng)化技🏃術(shù)💯主要有(yǒu)兩✨種:一(yī)是應用(yòng)四連杆(gan)進行非(fei)線性修(xiu)正;二是(shì)利用凸(tu)輪進行(háng)非線性(xing)修正。下(xià)面着重(zhòng)介紹這(zhè)✨兩種線(xiàn)性化技(ji)術。
1采用(yong)四連杆(gan)的線性(xing)化技術(shù)
采用四(si)連杆進(jin)行線性(xìng)化的流(liú)量計工(gōng)作原理(li)如圖2所(suo)示💋。當被(bei)測流體(ti)自下而(er)上流過(guò)錐管1時(shi),浮子2就(jiù)
産生位(wei)移,浮子(zǐ)的位移(yi)通過磁(ci)鋼4、5的禍(huò)合傳給(gěi)平衡杆(gan)6。此時,位(wei)移🧡和流(liú)量的關(guan)系爲非(fēi)線性,必(bì)須通過(guò)連杆8、9、10進(jin)行線性(xing)化才能(néng)使指針(zhen)11有線性(xìng)流量指(zhi)标。四連(lián)杆的工(gong)💜作原理(li)如圖3所(suo)示。
由式(4)求(qiú)導可得(de)流量對(duì)浮子位(wei)移的變(bian)化率爲(wei)
dQ/dh=α+2bh (5)
由式(5)可(kě)知,當h增(zeng)大時,單(dān)位位移(yí)所代表(biǎo)的流量(liàng)值也增(zeng)大爲了(le)使流量(liang)指針的(de)指示角(jiǎo)Ψ與角度(du)θ也呈線(xian)性關系(xì),必須👈滿(man)足dΨ/da也随(suí)h的增😘大(dà)而增大(da),這就是(shi)對四連(lián)杆線性(xìng)♌化能力(li)的要求(qiú)。
連杆8、9、10的(de)長度分(fèn)别爲A、B、C,連(lian)杆8與平(ping)衡杆6固(gù)定在一(yī)起,指針(zhen)與連杆(gan)10固定在(zai)一起。要(yào)求轉角(jiao)Ψ的變化(hua)和流量(liàng)Q的變化(huà)✉️呈線性(xing)關♈系,這(zhè)樣可用(yòng)dΨ代替dQ,用(yòng)da代替dh,代(dai)人公式(shì)(5)得
dΨ/dα=α+2bα （6）
爲了(le)滿足Ψ的(de)變化和(hé)Q的變化(hua)呈線性(xìng)關系,要(yào)求α增大(da)時dΨ/dα也增(zeng)大由♌圖(tú)3可見:
dΨ/dα=ASinθ/(CSin?) （7）
式(shi)(7)中,角α、θ、三(san)者的變(biàn)化方向(xiàng)是一緻(zhì)的,即随(sui)角α增大(dà), θ和也增(zeng)大。因爲(wèi)A、C爲常數(shu),所以必(bi)須使α增(zēng)大時,Sinθs/in?也(yě)增大。爲(wei)此,當α增(zēng)大時, θ應(yīng)在0~90°範圍(wéi)内變化(hua),則Sinθ增大(da);而?應在(zai)90°~180°範圍内(nèi)變化,則(zé)Sin了減小(xiao)。這樣就(jiù)達到了(le)當α增🔴大(dà)時,dΨ/dα也增(zeng)大,從而(er)實現線(xiàn)性化的(de)🌐目的。
采(cǎi)用四連(lian)杆進行(hang)線性化(hua)所用零(líng)件多,摩(mo)擦力大(da),工作過(guò)程🈲中易(yì)脫落,而(er)且調整(zheng)也比較(jiào)麻煩。近(jin)年來随(suí)着計算(suàn)機❌輔助(zhu)制造(CAM)技(jì)術的推(tuī)廣應用(yong),部分生(shēng)産廠🐇家(jiā)的流量(liàng)計開始(shǐ)采用凸(tu)輪進🧑🏾🤝🧑🏼行(hang)線性💚化(hua)。
2采用凸(tū)輪的線(xian)性化技(ji)術
采用(yong)凸輪進(jìn)行線性(xing)化的流(liu)量計工(gōng)作原理(lǐ)如圖4所(suo)示。當被(bei)測流體(ti)自下而(er)上流過(guò)錐管1時(shi),浮子2就(jiù)産生位(wèi)移,浮子(zǐ)的位移(yí)通⛹🏻♀️過磁(ci)㊙️鋼4、5的藕(ou)合傳給(gěi)平衡杆(gǎn)6。經過凸(tu)輪7的線(xiàn)性化和(hé)調整件(jian)8的傳動(dong),将與流(liu)量呈線(xian)性關系(xì)的角位(wèi)移傳💰遞(di)給角位(wei)🐪移轉換(huan)器9,角位(wèi)移轉換(huan)器将角(jiao)位移信(xìn)号轉換(huàn)成與流(liu)量線性(xing)對應的(de)标👨❤️👨準電(dian)流信号(hao)輸㊙️出遠(yuǎn)傳。
由于每(měi)台金屬(shǔ)管轉子(zǐ)流量計(ji)的錐管(guǎn)和浮子(zǐ)的加工(gong)誤差不(bú)可能一(yī)緻,每台(tái)流量計(jì)的流量(liang)值Q和浮(fú)子位移(yi)h的作🈲線(xiàn)性關系(xi)也不可(kě)能一樣(yang),所以在(zai)實際制(zhì)造時流(liu)📐量計的(de)🙇♀️凸輪都(dōu)🏃🏻♂️要逐台(tái)校驗加(jia)工,設Q與(yǔ)h的非🚶線(xiàn)性回歸(gui)模型爲(wèi)幾何關(guān)系求出(chū)将p與h線(xian)性化所(suo)需的非(fēi)線性修(xiu)正曲線(xian),以上求(qiu)解過程(cheng)都通過(guò)計算機(ji)編程實(shí)現。将求(qiu)出的非(fēi)線性修(xiu)正曲線(xian)通過計(ji)🏒算機控(kong)制數控(kòng)銑床加(jiā)工成凸(tū)輪,如圖(tú)5所示,即(jí)可使輸(shu)出📧電流(liú)與流量(liang)呈線性(xing)關系。
采用(yòng)凸輪進(jìn)行線性(xìng)化,減少(shao)了零件(jian)數量和(hé)零件之(zhi)間的傳(chuán)動摩擦(ca)力,使流(liú)量計的(de)轉換器(qì)結構簡(jiǎn)化,體😍積(jī)小型化(huà)❗,可靠性(xìng)提高,使(shi)用時更(geng)加簡單(dān)、方便。借(jie)助CAM技術(shu),使流量(liang)計的校(xiao)驗時間(jian)大🈲大縮(suo)短,提高(gao)了儀表(biao)制造廠(chang)的生産(chǎn)效率。采(cǎi)用該技(jì)術後,每(měi)台流量(liàng)計的☂️出(chū)廠校驗(yan)時間由(you)原來的(de)平均約(yue)40min縮短爲(wei)25min,同時提(tí)高了産(chan)品質量(liàng),産✂️生了(le)較好的(de)經濟效(xiao)益。
3結束(shù)語
随着(zhe)機加工(gong)工藝和(hé)計算機(ji)、微電子(zǐ)技術的(de)發展,金(jīn)屬管轉(zhuan)☁️子流量(liàng)計的線(xiàn)性化技(jì)術也出(chu)現了新(xīn)的發展(zhan)方向。目(mù)前,國外(wai)有的流(liú)量計直(zhí)接将線(xian)性化曲(qǔ)線😍通過(guò)數控加(jiā)工設備(bei)加工到(dao)浮子上(shàng),從🐪而使(shǐ)浮子位(wèi)⭕移與流(liu)量呈線(xian)性關系(xì)另外,還(hai)☎️出現了(le)帶微處(chù)理器🏃♀️的(de)全電子(zi)式的流(liú)量計,采(cǎi)用霍爾(ěr)傳感器(qi)檢測浮(fú)子🔴位移(yí),由微處(chu)理器通(tōng)過軟件(jiàn)進行線(xian)性化,從(cóng)而使儀(yí)表結構(gou)更簡化(huà),精确度(du)更高,功(gōng)能更♌強(qiang),工作更(geng)可靠。這(zhè)些都代(dai)表了流(liú)量計線(xiàn)性化技(jì)術的發(fā)展趨勢(shì)。
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