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分析气体涡轮流量计仪表系数不稳定的原因并进行有效改进

分析气体涡轮流量计仪表系数不稳定的原因并进行有效改进气体涡轮流量计是一种速度式流量计,在国际上已有半个世纪的工业应用历史,我国从60年代中期开始生产,已形成全系列化仪表。由于其较高的精确度、良好的重复性和较宽的范围度以及维护方便等原因.是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。我们在对气体涡轮流量计进行研制和开发过程中发现.各型号气体涡轮流量计仪表系数普遍存在不稳定的问题。作为计量仪表,仪表系数稳定是保证不同条件下计量精度的必要保证,为此,本文分析了气体涡轮流量计仪表系数不稳定的原因并进行了有效改进。
2流量计结构和工作原理
    气体涡轮流量计(结构示意如图l所示)是将涡轮置于被测流体中,当气体流经流量计时,在整流器的作用下被整流和加速,由于涡轮的叶片与流过气体之间存在一定夹角,气体流动对涡轮产生转动力矩.使涡轮克服机械摩擦阻力矩和流动阻力矩而旋转。试验证明,在一定流量范围内,涡轮的角速度和通过涡轮的流量成正比。涡轮的旋转带动脉冲发生器旋转,脉冲接收装置接收脉冲发生器传递的脉冲,
3仪表系数的影响因素及改进
    仪表系数是衡量涡轮流量计准确度和量程比的一个关键系数,系数取值的正确与否决定了信号接受、转换结果与实际流量的误差大小。要使涡轮流量计正常工作,其仪表系数K必须为一稳定的常数值.即K应不随流量的变化而变化。但实际上涡轮流量计的工作特性并非如此,引入仪表系数计算公式:
    f-一涡轮流量计所发出的脉冲总数
    q一通过流量计的气体总量
    z-一涡轮的叶片个数
    o一叶轮叶片与轴线的夹角
    r--g十轮叶片的平均半径
    A一叶轮的流通面积
    t涡轮轴与轴承之间摩擦产生的机械摩擦
阻力矩..
   T一气体通过涡轮时对涡轮产生的流动阻力
   P--通过涡轮流量计流体的密度
    可以看出.涡轮流量计的仪表系数与涡轮的叶片数、叶片与轴线的夹角、叶片平均半径、叶轮流通面积、涡轮轴的机械摩擦阻力矩、气体对涡轮产生的流动阻力矩以及被测气体密度等众多因素有直接的关系。其中气体对叶轮产生的流动阻力矩很小可以忽略。其余因素的影响我们分别从以下两方面进行分析:
    (1)对某一涡轮流量计产品,其几何结构如:叶片数、叶片与轴线的夹角、叶片平均半径、叶轮流通面积理论上应该是固定不变的,但是由于客观原因,如叶片加工精度影响或外界温度变化等或多或少会使同一批次产品几何参数不同。目前常用的流量计叶片材质多为聚甲醛塑料,加工方式为注塑成型。聚甲醛的线膨胀系数为1lxl0-S/%,尺寸受外界温度影响较大.叶片角度、叶轮流通面积很容易产生变化,导致流量计仪表系数不稳定。
    (2)涡轮轴与轴承之间摩擦产生的机械摩擦阻力矩对仪表系数的影响,包括两方面:首先,轴承本身的因素。为了使涡轮获得更好的灵敏性,通常选用微型轴承.同时考虑到仪表的维护,又大多使用双密封自润滑轴承,这种结构则会增大轴承本身的摩擦阻力系数.虽然在大流量工作状态下该阻力几乎没有任何影响,但在小流量工作状态下对流量计仪表系数的影响却非常显著。其次,装配对轴承的影响。微型轴承本身运行受到的外界应力必须非常小,若装配时轴承内圈和轴配合过紧,很容易使轴承受力过大.结果不仅影响轴承的灵敏性,还会显著增大机械摩擦阻力矩,改变流量计原有仪表系数值。
    针对上述存在问题,本文从叶轮材质和轴承两方面对仪表系数的影响做了大量试验,通过综合比较确定将叶轮材质由聚甲醛塑料改为铝合金,比起聚甲醛塑料,铝合金具有尺寸稳定性好等优点。同时考虑到轴承的静摩擦阻力系数、运行寿命等要求,轴承在安装时避免受力过大,采用滑动配合的方式进行装配。   
    对改进前、后的流量计进行了测试:任选3台改进前的DNl00涡轮流量计,测量得仪表系数分别为5 285、5 270、5 200,误差曲线如图2所示。
再住选3台改进后流量计,测得其仪表系数误差曲线。
改进后流量计的仪表系数均为3275,而改进前的仪表系数的不确定性给涡轮流量计的批量生产带来很大的麻烦,而改进后系数的唯一性则大大节了产品的检测工作量,提高了生产效率。
4结论
通过对影响涡轮流量计仪表系数的因素进行分析,得出如下结论:要求涡轮流量计获得稳定的仪表系数,从两个方面入手可取得好的效果,消除叶轮本身的影响,即叶轮本身随外界变化而改变量尽可能地小,同时尽量降低加工精度的影响,如本文选用铝合金叶轮,采用数控加工成型;尽可能减少涡轮轴与轴承之间的摩擦阻力影响,与轴承选用和装配有直接关系。
点击次数:  更新时间:2017-06-10 18:00:34  【打印此页】  【关闭