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无压变量流量计的研究


文章日期:2017-06-18|阅读数:


无压变量流量计的研究

无压变量流量计是一种新型流量计该流量计采用电机带动椭圆齿轮流量计进行测量并将流量计和液位计复合来实现小流量和微小流量的测量 该方案解决了传统流量计无法在低压力差下对微小流量测量的问题

0.引言

 

近年来随着精细化工医药工程等行业的兴起以及工农业生产中对节能环保自动化控制要求的日益提高微小流量的高精度宽范围计量需求逐渐凸显 [1-2] 在研究农作物光合作用时的水肥利用效率时,需要测量土壤中水分的流失流量该流量介于小流量和微流量之间,由于流量范围较大,而瞬时流量有时及其微小,压力差非常小 而在现有的流量计当中满足此要求的流量计是没有的因此研究一种新型的微小流量计迫在眉睫

 

本文提出了一种无压变量流量计它是基于单片机的椭圆齿轮流量计和液位计的复合来实现对微小流量计的测量 利用椭圆齿轮流量计精度高测量范围广来实现小流量和微小流量的测量 椭圆齿轮流量计是靠进出口的压力差来工作但是在水分流失中压力差非常小为解决这一问题我们采用步进电机带动椭圆齿轮流量计转动来实现流量的测量 为解决电机带动齿轮空转问题设计了用电容液位计监测液位并将液位信号传给单片机通过软件设计控制电机的转动

 

1.微小流量计的泄露分析

 

流量计的内泄漏是是影响流量计测量精度的***重要因素 对于通常的而言泄漏主要包括内泄露与外泄漏两个部分 其中外泄漏是指液压系统中工作液体从高低压腔流到大气的泄漏一般是不允许的;而内泄漏通常是指液压元件内部少量工作液体从高压腔流到低压腔的泄漏

 

对于本课题所研究的椭圆齿轮流量计外泄漏是通过布置于壳体上密封槽中的 o 型密封圈密封实现 内泄露是通过流量计转子之间的缝隙和转子与端盖之间的缝隙直接从进液口到出液口而没有经过计量腔的部分流体体积主要包括从转子端面与上下端盖之间间隙通过的端面间隙泄漏以及从两转子啮合间隙以及转子齿顶与壳体之间配合间隙通过的径向间隙泄漏两个部分[3]

 

对于端面间隙泄漏其泄漏示意如图 1 所示 转子与上下端盖之间存在间隙 a  b液体从该间隙的泄漏相当于两个平行圆盘间的泄漏 对于椭圆齿轮流量计而言由于内转子是作圆周运动粘附流动既造成高压侧向低压侧的泄漏又造成低压侧向高压侧的泄漏,故基本可以忽略不计 因此端面间隙泄漏的主要方式是压差泄漏由于转子与上下端盖间的间隙相对于转子生径非常微小故此缝隙中的流动可以用平行平板间缝隙流的模型进行模拟其模型如图 2 所示

 研究1.jpg

研究2.jpg

研究3.jpg

 

该微小流量计主要包括一个电容式液位计一个步进电机一个节流阀和椭圆齿轮流量计 如图 3 所示电容式液位计放入左边管道当液位计的高度超 50mm单片机会发出脉冲启动电机将液体通过椭圆齿轮流量计排出去 当液位低于 50mm 电机不会转动而椭圆齿轮流量计是靠进出口的压力差来工作的但是我们的液体的压力差特别小不足以让椭圆齿轮流量计工作电机又不转动液体也就自然排不出去了而在此时我们的这种方案依旧能显示出瞬时流量和累积流量这时主要靠的是液位计的高度变化并通过相关公式来计算并能能准确的反映出每个阶段的瞬时流量和累积流量这种主动复合式微小流量的结构简单不仅能通过液位计计算出微小流量还能通过步进电机带动椭圆齿轮流量计解决压差问题使椭圆齿轮流量计在压力差几乎为零的情况下也能工作除此之外椭圆齿轮流量计与液位计的复合不仅可以测小流量和微小流量还可以测断续式的流量

3.结论

采用基于单片机的主动式椭圆齿轮流量计与液位计复合的方法实现了对土壤中流失流量测量 利用椭圆齿轮流量计的精度高测量范围广来实现对微流量和小流量的测量 为克服压力差采用用步进电机带动椭圆齿轮流量计这种方法可以保持流体进出口的压力差为零使漏流量减到***小增加了此流量计的精度 为防止电机带动齿轮空转并能同时对管道内微小流量测量和由电机转动椭圆齿轮流量计的排出流量进行测量采用电容式液位计它不仅可以监测液位的变化来控制电机的转动还可以测量流量 

 

 



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