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电磁流量计

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涡街流量计的研制进一步的工作积累了经验

来源:作者:发表时间:2018-10-12 10:50:27

    摘要: 本文介绍了涡街流量计的原理、工作流程、结构特点和功能,主要介绍了设计思想和达到的技术指标。从指标上可以看到,该涡街流量计的研制是成功的,为进一步的工作积累了经验。


涡街流量计的研制进一步的工作积累了经验

一、涡街流量计的特点

    标准体积值准确:标准体积仅与活塞下降的距离及缸体直径有关,相关影响因素较少。

    重复性好:从原理上看,其重复性仅与缸体面积的变化、光栅测量的重复性及密封圈的变形等因素有关,而这些影响因素均很小。

    内压力大:可通过向缸内充以压缩空气的方法来实现对缸内平衡压力的调节,此装置的最高内压力可达到200kPa(表压100kPa)。

    流量稳定:由于流量值为活塞运行速度与缸体横截面积的乘积,活塞由伺服电机带动,而伺服电机的转动速度易于调整和控制,因此在试验时,能够容易地使流量达到并稳定在设定流量点上。

    压力稳定:对流量与压差存在正比关系的涡街流量计,在试验过程中,靠流量与压差的自平横关系,可以在较短的时间内实现压力稳定。

二、 工作原理

    1. 工作原理
    涡街流量计是根据卡门(Karman)涡街原理研究生产的测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质。

    其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。

    2. 系统组成
    涡街流量计主要由伺服电机、减速机构、滚珠丝杠、光栅、活塞缸、活塞、温度测量系统、压力测量系统、管路及进、出气阀门、计算机数据采集和控制系统等组成。

    3. 体积流量计算方法
    涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的,流体在管道中经过涡街流量变送器时,在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡,旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关,可用下式表示:
    f=Stv/d
    式中:f 为旋涡的释放频率,单位为Hz;v为流过旋涡发生体的流体平均速度,单位为m/s;d为旋涡发生体特征宽度,单位为m;St为斯特劳哈尔数(Strouhal number),无量纲,它的数值范围为0.14-0.27。
St是雷诺数的函数,St=f(1/Re)  。
    当雷诺数Re在100~100000范围内,St值约为0.2。在测量中,要尽量满足流体的雷诺数在100~100000  f=0.2v/d ,此时旋涡频率  。
    由此,通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v,再由式q=vA  可以求出流量q,其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。


三、 机械结构

    涡街流量计的核心部分为活塞和缸体。正是涡街缸和活塞组成了缸体内的封闭空间为流量计量提供了准确的体积,工作时活塞在缸内沿着缸轴平移,在保证密封的前提下,活塞缸的内截面积与活塞移动距离的乘积即为装置给出的标准累 积流量。因此,装置的设计主要以保证活塞与活塞缸间的密封、活塞缸几何形状公差、尺寸公差指标为中心,结合国内机加工条件下的性能价格比等因素进行综合考虑。
    涡街流量计主要由缸体、活塞、行程测量系统、减速和丝杠系统、密封系统、底座和加强杆、进出气管路和阀门等组成。

1. 整体结构的平稳与合理
    根据类似涡街流量计的结构和运行工作过程,活塞缸应垂直安放,这样有以下特点:
    a 缸筒受力均匀,不易变形。
    b 缸内密封用油如渗出发生积存现象,不会影响标准体积值。
    c 活塞自重对缸内压力有一定的加强。
    d 有利于活塞的平稳运行,不易产生低速下的爬行现象。
    由于电机和传动系统位于活塞缸上面,为增加稳定性和系统刚性另加三根支杆,支杆上与托盘、下与底座连接。

2. 活塞缸
    由设计流量进行缸内总体积计算,考虑活塞缸直径-高度比,将活塞缸的尺寸定为:Ф200mm× 800mm,其中缸筒上下100mm内为非工作区,加工时主要保证缸筒中间600mm内缸筒内园的不园柱度的形位公差。

    ① 缸体壁厚的确定
    缸体的壁厚应能满足在正常工作条件下对缸体强度和刚性的要求。由缸体的径向和周向许用应力及应变来计算缸体的壁厚。得到缸体壁厚δ=8.6mm。因此,选择缸体壁厚为10mm。
    ② 缸体容积变形量计算
    通过计算可以得到在最大工作压力0.2MPa下,缸体内容积变形量为0.0019%。因此最大压力下缸体容积变形的影响可以忽略。
    ③ 加工要求
    为保证缸筒内表面与密封环间密封的可靠性并有效减小摩擦,对活塞缸筒内表面的不圆柱度和表面光洁度应有较高的要求。

3. 活塞与密封系统
    ① 活塞尺寸的确定
    装置的工作过程是由活塞在活塞缸筒内沿轴向匀速运动完成的。在这个过程中需活塞运行平稳,即活塞在缸筒中运行时其相对于缸体轴线应始终保持垂直,不应有扭曲或晃动的现象发生。
    活塞在缸体中的晃动不但会引起运行的不平稳,严重时还会发生活塞卡死的现象。
    密封圈的压缩量为0.2mm,要保证活塞与活塞缸轴线的相对位置,在运动过程中变化小,应增加活塞厚度B,但如活塞厚度增加过多,又会增加装置的整体高度,在此选取B=120mm。
    ② 密封结构
    在装置工作过程中缸内气体应只能通过出气口排除,因活塞与缸体存在着相对运动,因此必须有良好的密封结构使得活塞与活塞缸之间无泄漏。活塞上有三个密封环,在上两个密封环之间是密封油槽,油槽内的油通过定位导向杆连接到装置外面的油面指示器。指示器上装有光电测油位的报警器,当密封油泄漏时油面降低,当缸内气体进入到油槽内时油面升高或有气泡排出,油面变化超过警戒位置时或有气泡排出时报警器报警。

4. 伺服电机、减速机构、丝杠和导向杆
    伺服电机、减速机构、滚珠丝杠使用一体化的成品。滚珠丝杠能提供良好的定位及运行平稳性,为保证活塞运行速度的平稳,需要电机、传动系统和滚珠丝杠有良好的稳定性,电机使用伺服电机,减速器为涡轮涡杆。
5. 基座、进排气管道和排污孔
    基座底面为一锥面,最下端是排污孔,进出气管道的上沿均高于锥面,以防油或其他污物进入。底面上还有两个测温孔和一个测压孔。

    进气管上装有两个密封性良好的球阀,两个球阀之间接有压缩空气进气口,当测量压力损失大于500Pa的流量计时可先使缸内压力达到预定值,以减少试验所需的平衡时间。进气管的前端装有气体过滤器,过滤器为60目和120目两层金属过滤网,以防灰尘进入缸内。排气管道上为一个球阀,并接有法兰连接口与被测流量计连接。底座下是一底板,底板上有三个底 脚水平调整螺钉,安装时调整缸体为垂直位置安放。

四、 电控

1. 硬件配置
    电气控制柜主要由电气层、控制器层、计算机层、仪表层及驱动层五部分组成。电气层功能为:电源开关、电机断电;控制器层主要功能为:控制器电源开关、电机控制、手动转速信号等;计算机层用于放置计算机主机;仪表层用于放置温度计、压力计及光栅数显表;驱动层用于放置电机驱动器及直流电源等设备。
2. 软件配置
    流量计检定程序是在VisiuaI Basic5.0下编写的测控软件,使用VB5.0自带的Access数据库。


六、结论
    1 涡街流量计具有稳定性高、重复性好等优点,具有流量标准装置所需的功能。
    2 涡街流量计的内压力最高可达200KPa,满足高压损流量计,特别是音速喷嘴的校准需要。
    3 该流量计产生流量的原理是恒流,然后靠流体本身的特性来达到恒压,因此流量点的调节易于控制。
    4 相信必赢亚洲手机版入口流量量传体系中将起到重要作用,特别是在装置间的比对等方面具有优势。