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無壓變量流量計的研究

無壓變量流量計的研究

無壓變量流量計是一種新型流量計該流量計采用電機帶動橢圓齒輪流量計進行測量并將流量計和液位計復合來實現小流量和微小流量的測量 該方案解決了傳統流量計無法在低壓力差下對微小流量測量的問題

0.引言

 

近年來隨著精細化工醫藥工程等行業的興起以及工農業生產中對節能環保自動化控制要求的日益提高微小流量的高精度寬范圍計量需求逐漸凸顯 [1-2] 在研究農作物光合作用時的水肥利用效率時,需要測量土壤中水分的流失流量該流量介于小流量和微流量之間,由于流量范圍較大,而瞬時流量有時及其微小,壓力差非常小 而在現有的流量計當中滿足此要求的流量計是沒有的因此研究一種新型的微小流量計迫在眉睫

 

本文提出了一種無壓變量流量計它是基于單片機的橢圓齒輪流量計和液位計的復合來實現對微小流量計的測量 利用橢圓齒輪流量計精度高測量范圍廣來實現小流量和微小流量的測量 橢圓齒輪流量計是靠進出口的壓力差來工作但是在水分流失中壓力差非常小為解決這一問題我們采用步進電機帶動橢圓齒輪流量計轉動來實現流量的測量 為解決電機帶動齒輪空轉問題設計了用電容液位計監測液位并將液位信號傳給單片機通過軟件設計控制電機的轉動

 

1.微小流量計的泄露分析

 

流量計的內泄漏是是影響流量計測量精度的***重要因素 對于通常的而言泄漏主要包括內泄露與外泄漏兩個部分 其中外泄漏是指液壓系統中工作液體從高低壓腔流到大氣的泄漏一般是不允許的;而內泄漏通常是指液壓元件內部少量工作液體從高壓腔流到低壓腔的泄漏

 

對于本課題所研究的橢圓齒輪流量計外泄漏是通過布置于殼體上密封槽中的 o 型密封圈密封實現 內泄露是通過流量計轉子之間的縫隙和轉子與端蓋之間的縫隙直接從進液口到出液口而沒有經過計量腔的部分流體體積主要包括從轉子端面與上下端蓋之間間隙通過的端面間隙泄漏以及從兩轉子嚙合間隙以及轉子齒頂與殼體之間配合間隙通過的徑向間隙泄漏兩個部分[3]

 

對于端面間隙泄漏其泄漏示意如圖 1 所示 轉子與上下端蓋之間存在間隙 a  b液體從該間隙的泄漏相當于兩個平行圓盤間的泄漏 對于橢圓齒輪流量計而言由于內轉子是作圓周運動粘附流動既造成高壓側向低壓側的泄漏又造成低壓側向高壓側的泄漏,故基本可以忽略不計 因此端面間隙泄漏的主要方式是壓差泄漏由于轉子與上下端蓋間的間隙相對于轉子生徑非常微小故此縫隙中的流動可以用平行平板間縫隙流的模型進行模擬其模型如圖 2 所示

 研究1.jpg

研究2.jpg

研究3.jpg

 

該微小流量計主要包括一個電容式液位計一個步進電機一個節流閥和橢圓齒輪流量計 如圖 3 所示電容式液位計放入左邊管道當液位計的高度超 50mm單片機會發出脈沖啟動電機將液體通過橢圓齒輪流量計排出去 當液位低于 50mm 電機不會轉動而橢圓齒輪流量計是靠進出口的壓力差來工作的但是我們的液體的壓力差特別小不足以讓橢圓齒輪流量計工作電機又不轉動液體也就自然排不出去了而在此時我們的這種方案依舊能顯示出瞬時流量和累積流量這時主要靠的是液位計的高度變化并通過相關公式來計算并能能準確的反映出每個階段的瞬時流量和累積流量這種主動復合式微小流量的結構簡單不僅能通過液位計計算出微小流量還能通過步進電機帶動橢圓齒輪流量計解決壓差問題使橢圓齒輪流量計在壓力差幾乎為零的情況下也能工作除此之外橢圓齒輪流量計與液位計的復合不僅可以測小流量和微小流量還可以測斷續式的流量

3.結論

采用基于單片機的主動式橢圓齒輪流量計與液位計復合的方法實現了對土壤中流失流量測量 利用橢圓齒輪流量計的精度高測量范圍廣來實現對微流量和小流量的測量 為克服壓力差采用用步進電機帶動橢圓齒輪流量計這種方法可以保持流體進出口的壓力差為零使漏流量減到***小增加了此流量計的精度 為防止電機帶動齒輪空轉并能同時對管道內微小流量測量和由電機轉動橢圓齒輪流量計的排出流量進行測量采用電容式液位計它不僅可以監測液位的變化來控制電機的轉動還可以測量流量 

 

 

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