• 橢圓齒輪流量計,腰輪流量計,雙轉子流量計

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    技術文章

    軸向并聯式橢圓齒輪流量計的流量特性

    流量測量的主要任務有三類:一是為流體物質貿易核算儲運管理和廢水、廢氣排放控制的總量計量;二是為流程工業提高產品質量和生產效率,降低成本以及水利工程和環境保護等作必要的檢測和控制;三是檢測和控制液壓傳動系統的流量。
    按測量原理的不同,流量儀表可分為容積式、速度式和壓差式三類:
    (1)容積式流量計,又稱正排量流量計,它是利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知體積,并進行重復不斷地充滿和排放該體積部分的流體而累加計量出流體總量的流量儀表。如腰輪流量計、橢圓齒輪流量計、刮板流量計、活塞流量計等。
    (2)速度流量計是以測量管道內的平均速度來求得流量的儀表。如渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲流量計等。
    (3)壓差式流量計是利用伯努利方程原理來測量流量的流量儀表。它以輸出壓差信號來反映流量的大小。如節流式流量計、勻速流量計、楔形流量計、彎管流量計、浮子流量計等。
    通常,人們作流量測量前,重視對使用儀表的工作原理和性能的了解,而往往忽略對被測流體物性和流動狀況的準確掌握,實際上,這些因素對流量儀表正確測量是十分重要的。流量儀表是一種儀表性能強烈依賴使用條件的儀表。一位國際著名流量專家說得好,流量計是使用比制造要艱難得多的少數儀表之一,在實驗室它可得到極高的準確度,但是在使用現場,一旦條件變化,一切全都白廢。高壓液壓系統的流量測量問題,國內沒有該類產品,現在只有部分研究機構、院校在自己的實驗室,可準確測量,但實驗條件變了,如流體的粘度、溫度、流速、脈動、壓力、流態等條件變了,就很難準.確地測量出該高壓液壓系統的流量了。
    流量是液壓系統重要的性能參數之一,監測流量一般用容器法和流量計法。容器法就是直接測量油液的容積或重量;流量計法就是在液壓系統中裝上流量計,直接或間接讀出穩態或累計流量。流量計法進行流量監測的常用設備有橢圓齒輪流量計、齒輪流量計、電遠傳式浮子流量計和計量馬達等。
    測速發電機一般有直流和交流兩種。在液壓實驗中,直流測速發電機用得比較多。直流測速發電機的原理與普通直流發電機一樣,定子可用永久磁鐵,轉子繞組產生的電壓經整流子、電刷引向外部,其輸出的電壓和輸出軸的轉速成正比,這就是它的測速原理。除測速發電機外,還可用磁電感式轉速傳感器、光電反射式轉速傳感器等測速,甚至還可用閃光測速儀測速。
    壓力傳感器又稱電器式壓力計,它是一種將壓力信號變成電量的儀表,壓力變成電信號后,有利于放大、控制,通過A/D轉換器將模擬信號轉變為數字信號,便于計算機控制。在液壓系統中,一般選用壓電式壓力傳感器。
    溫度的監測,對保證設備安全、經濟地運行有著重要的作用。常用的監測液壓系統溫度的儀器設備有液柱溫度計、壓力式溫度計、熱敏電阻式溫度計及熱電偶溫度計等,為便于計算機控制,一般可選用熱敏電阻式溫度計。例如利用熱敏電阻式溫度傳感器,通過計算機控制,可自動啟閉冷卻系統,方便地實現對液壓系統的冷卻。
    1 工作原理
    1.1 流量變送器的工作原理
    其結構原理和齒輪馬達類似,相當于無負載齒輪馬達,當流體進人流量計時,推動齒輪旋轉,將系統的流量信號轉變為齒輪的轉速信號,完成流量變送器的任務。
    1.2 橢圓齒輪流量計的組成
    橢圓齒輪流量計由流量變送器和測速兩部分組成,如圖1所示。
    2 齒輪流量變送器的流量特性研究
    對齒輪流量傳感器或稱齒輪流量變送器,由參考文獻[3]可知,當流體通過普通外嚙合齒輪流量變送器時,由齒輪的嚙合而產生的瞬時流量為:
    式中:Q —— 流量; 
    B —— 齒輪的寬度;
    ω—— 齒輪的角速度;
    Rc—— 齒輪齒頂圓半徑;
    R —— 齒輪節圓半徑;
    Rj—— 齒輪基圓半徑;
    φ —— 齒輪轉角。
    由(1)式得瞬時*大、*小排量分別為:
    式中:tj——齒輪的基圓基節。
    根據文獻[3],瞬時流量脈動為:
    式中:σ——單片結構的齒輪流量變送器的流量脈動;
    Qm ——平均流量。
    由(4)式可看出:液體通過齒輪流量變送器后,其系統將發生流量脈動。由文獻[3]可知,齒輪變送器的流量脈動一般為10%~15%,如將該轉換器直接應用到高壓液壓系統,將使系統發生強烈的振動,發出很大的噪聲,系統將被破壞。
    公式(1)可寫成在0~2п內的周期流量公式如下:
    單片齒輪流量變送器,齒數為13時的流量脈動,用MATLAB仿真,如圖2所示。
    當采用二片結構的流量變送器時,齒數為2n+1,并錯位180o安裝,流量變送器的流量公式為:
    由于二片結構的流量變送器流量的*大、*小值之差只有單片齒輪變送器流量的*大、*小值之差的1/2,再加上二片流量變送器的流量是單片的二倍,故二片結構的齒輪變送器的流量脈動率只是單片齒輪變送器流量脈動率的1/4,即:
    由圖3可以看出,當采用四片結構的流量變送器時,齒數為4n+1,并錯位90o安裝,流量變送器的流量公式為:
    由公式(8)結合圖2可以看出,4片結構的齒輪流量變送器,流量的*大、*小值之差只有單片齒輪變送器流量*大、*小值之差的1/4,再加上四片流量變送器的流量是單片的四倍,故4片結構的齒輪變送器的流量脈動率只是單片齒輪變送器流量脈動率的1/16,即:
    3 結論
    該流量計具有以下特點:
    (1)四片式并聯齒輪流量變送器的流量脈動只有單片的1/16,解決了目前我國容積式流量計不能用于測量高壓液壓系統動態流量的問題,填補了國內空白;
    (2)和間接測量方法相比,該橢圓齒輪流量計經校正后,測量精度高,測得結果可靠,對測試環境和條件沒有特殊要求,適應性強,可批量生產;
    (3)由于該橢圓齒輪流量計存在轉動部件,在啟動階段的測試結果可能不準確。流量計的轉動部件應采用輕質材料制造。
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