金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的流量測(cè)量?jī)x表,它可用來(lái)連續(xù)測(cè)量管道中液體、氣體和蒸汽的流量。
一、工作原理
金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)有電遠(yuǎn)傳型、氣遠(yuǎn)傳型和指示型等多種型式。金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理見(jiàn)圖1。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)自下向上流過(guò)錐管時(shí),浮子向上升起,浮子的位移通過(guò)磁鋼的藕合傳出,使平衡桿產(chǎn)生角位移,通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)的傳遞,最后由指針來(lái)實(shí)現(xiàn)流量指示。
二、出廠校驗(yàn)
每臺(tái)儀表出廠前,都要經(jīng)過(guò)水(或空氣)的流量校驗(yàn),校驗(yàn)順序如下:
(l)通過(guò)水流量校驗(yàn)設(shè)備,測(cè)定浮子位移和流量的關(guān)系。流量數(shù)據(jù)由實(shí)際測(cè)量得到,浮子位移數(shù)據(jù)在表上的長(zhǎng)條形標(biāo)尺上讀出。
(2)調(diào)整四連桿機(jī)構(gòu),使指針有線性的流量指示。
(3)復(fù)校,按儀表指示來(lái)檢查該指示值下的實(shí)際流量值。
三、目前存在問(wèn)題
(l)在儀表的出廠校驗(yàn)中,經(jīng)常出現(xiàn)“浮子位移和流量的關(guān)系不穩(wěn)定”的情況。
(2)已人庫(kù)的儀表,有時(shí)發(fā)現(xiàn)“流量一位移”關(guān)系發(fā)生改變,儀表精度出現(xiàn)超差。
(3)用戶無(wú)法驗(yàn)證新收到的儀表以及正常工作運(yùn)行中的儀表的指示正確性。
(4)儀表清洗或維修后,無(wú)法檢查和保證儀表的精度是否仍滿足要求。.
(5)浮子上的磁鋼有退磁現(xiàn)象。磁鋼的磁性減弱后,儀表是否還能繼續(xù)使用?其結(jié)果又如何處理?
以上各種問(wèn)題都是轉(zhuǎn)子流量計(jì)生產(chǎn)廠及用戶所關(guān)心和急待解決的。發(fā)生這些問(wèn)題的根源是流量計(jì)流量一位移的關(guān)系發(fā)生了變化,而且還缺少一種在現(xiàn)場(chǎng)檢查它們變化量大小的辦法,更沒(méi)有在它們變化后作出現(xiàn)場(chǎng)調(diào)正恢復(fù)精度的手段。
四、問(wèn)題分析
在金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)出廠校驗(yàn)中,最關(guān)鍵的是尋找流量-位移正確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此“關(guān)系”目前生產(chǎn)制造沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化,每臺(tái)表要不一樣的。制造廠自己在流量校驗(yàn)以前也不知道這臺(tái)表的流量和浮子位移關(guān)系的具體數(shù)值,所以才規(guī)定每臺(tái)儀表在出廠前必須經(jīng)過(guò)流量校驗(yàn)。儀表的流量指示和輸出信號(hào)都是在找出的“流量一位移”的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整的(現(xiàn)在的問(wèn)題是原來(lái)找好的“關(guān)系”后來(lái)變化了,因此引起了整個(gè)儀表精度的變化)。
問(wèn)題的核心是調(diào)整好的“流量一位移”關(guān)系怎么會(huì)變化?怎樣知道“關(guān)系”變化了?變了多少?變了以后怎么來(lái)糾正等等。下面分析一下“流量-位移關(guān)系”變化的原因。
圖2為“流量一浮子位移”傳遞關(guān)系圖。浮子2在錐管l內(nèi)的上下位置是由流量的大小與轉(zhuǎn)換器的大小決定的,與轉(zhuǎn)換器上的零件無(wú)關(guān),所以,可以用浮子的上下位置來(lái)代表流量的大小。但是,由于殼體是金屬制作的,浮子的位置見(jiàn)不到。通常該位置是通過(guò)兩對(duì)磁鋼的藕合來(lái)傳遞的,平衡桿上的磁鋼與浮子上的磁鋼互相吸引,再通過(guò)平衡桿上的指針來(lái)反映浮子的位置。問(wèn)題是平衡桿上的位移指針是否能真實(shí)地反映浮子位移量。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)平衡桿兩端的平衡狀態(tài)改變時(shí),盡管浮子位置不變,位移指針的指示也會(huì)變化。另外,位移指針本身還能彎曲和移動(dòng),這樣就造成了“流量一位移指示”關(guān)系發(fā)生了變化。
下面通過(guò)受力分析,來(lái)尋找“關(guān)系”變化的規(guī)律。
每臺(tái)儀表的平衡桿都是調(diào)過(guò)平衡的,但是不可能絕對(duì)平衡,一般總是有點(diǎn)不平衡的。
如圖3所示,設(shè)平衡桿的磁鋼端較重,其不平衡力為Fl,而磁鋼間的吸引力為凡,這兩個(gè)力都要使平衡桿產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng),但方向相反。平衡時(shí),這兩個(gè)力(標(biāo)量)應(yīng)該有如下關(guān)系:
F2sinα=F2′= F1
式中α—內(nèi)外兩磁鋼的偏離角
若兩磁鋼間的距離為α則可算出磁鋼的偏離量為b=αtgα當(dāng)偏離角α較小時(shí)，則tgα≈sinα，所以b=αtgα≈α sinα=αF1/ F2。
從式中可見(jiàn),當(dāng)平衡桿兩邊平衡,即F1=0時(shí),b=0,內(nèi)外兩磁鋼的位置是正確對(duì)應(yīng)的。若F1≠0,則b≠0,而且F1愈大,偏離量b也愈大。同時(shí),磁鋼的吸引力F2愈大,b愈小,所以要求磁鋼應(yīng)具有較大強(qiáng)度。當(dāng)儀表用了一段時(shí)間而引起磁性減弱時(shí)(即所謂退磁現(xiàn)象)就會(huì)引起凡減小和偏離量b變大。當(dāng)然,如果我們能做到使F1=O(即絕對(duì)平衡),那末,不管F2怎么變化(只要F2>0),偏離量b始終為零。
當(dāng)出現(xiàn)F2< F1時(shí)(因?yàn)镕1/ F2== sinα而sina不可能大于1,所以無(wú)解),出現(xiàn)了兩磁鋼吸不住而不跟隨的現(xiàn)象。
由于用戶在維修和調(diào)整儀表時(shí),很難避免出現(xiàn)破壞平衡,加上磁鋼本身的退磁現(xiàn)象,所以很容易引起偏離量b的變化,從而產(chǎn)生了浮子位置與指示值不一致的現(xiàn)象。
五、試驗(yàn)過(guò)程
(l)按常規(guī)的出廠校驗(yàn)方法裝配,調(diào)整好一臺(tái)完整的儀表,在水流量裝置上校驗(yàn)。
(2)記下校驗(yàn)中得到的流量一位移關(guān)系及“零位線”的數(shù)據(jù),并在輔助度盤上的相應(yīng)位置處畫上“流量線”和“零位線”(“流量線”是20%、60%、100%最大流量所對(duì)應(yīng)的浮子位移畫黑線;“零位線”是流量為零時(shí)浮子所停留的位置畫紅線)。
(3)模仿用戶對(duì)儀表的維修、調(diào)整、清洗等情況,試驗(yàn)它們對(duì)儀表的影響及清除辦法。
(4)放置一段時(shí)間后,檢驗(yàn)“流量線”和“零位線”的穩(wěn)定性和正確性。
六、試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理
(l)第一次校驗(yàn)、調(diào)整后得到的數(shù)據(jù)見(jiàn)表l。
“零位線”為0.65;“流量線”為3.35、7.5、11.00
表l的儀表規(guī)格是1000L/h,表上流量線所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)流量值是200、600和1000Lh/,對(duì)2級(jí)精度的儀表,允許誤差為士20L/ho
(2)平衡破壞,使平衡桿的磁鋼端偏重時(shí)流量位移數(shù)據(jù)見(jiàn)表o2
“零位線”指示由0.65降到0.4,各“流量線”下的流量普遍增大,最大變化量為44L/h,即誤差增大4%以上。
(3)平衡桿磁鋼端偏輕時(shí)的流量位移值見(jiàn)表3。
與表1比較,“零位線”指示由0.65升到0.82,各“流量線”的流量普遍減小,誤差變化2%以上。
(4)在磁鋼端變輕的不平衡情況下,故意不調(diào)整平衡,只是把“零位線”的指示放回到0.65,此時(shí)流量的變化情況如表4所示。
該數(shù)據(jù)與表1比較,雖然也變小了,但變化量不超過(guò)10L/h,所有數(shù)據(jù)都在精度范圍內(nèi)。
(5)粗略地重新調(diào)平衡,然后再把“零位線”指示調(diào)正確,流量和位移的變化情況如表5所不。
表5的數(shù)據(jù)比表4更好了,與表1比較,誤差變化只有0.5%,這對(duì)2級(jí)精度的儀表來(lái)說(shuō),是令人滿意的。
(6)模仿用戶維修儀表的情況,把轉(zhuǎn)換器的機(jī)芯拆出,傳感器的浮子、錐管等也拆下重新安裝。核對(duì)“零位線”的指示,發(fā)現(xiàn)指示不變。通流量測(cè)定,數(shù)據(jù)沒(méi)有變。
(7)掉換轉(zhuǎn)換器的試驗(yàn)。曾校驗(yàn)過(guò)一臺(tái)錯(cuò)轉(zhuǎn)子流量計(jì),在腐蝕性介質(zhì)中用了一年后,再用別的轉(zhuǎn)換器與其配套重新校驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)按原出廠的校驗(yàn)數(shù)據(jù)(“零位線”和“流量線,’)進(jìn)行調(diào)整。原出廠校驗(yàn)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6(鋯轉(zhuǎn)子,型號(hào)LZQ一40,規(guī)格4000L/h)。
使用一年后,轉(zhuǎn)換器被換的校驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7
由于儀表在腐蝕性的介質(zhì)中已用了一年,浮子和錐管表面的光潔度已下降,尺寸也稍許發(fā)生變化(表面上有氧化層),所以數(shù)據(jù)稍有差別。但從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出,掉換轉(zhuǎn)換器后,儀表的精度羞本上仍能達(dá)到2%。
(8)儀表放置幾個(gè)月后(約半年),檢查原試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否保持穩(wěn)定。由于轉(zhuǎn)換器曾與錯(cuò)轉(zhuǎn)子相配,調(diào)整的位置已有變化,所以要重新調(diào)整“零位線”和線性(這些工作都是在不通流量的條件下進(jìn)行的),調(diào)整好后,測(cè)到的流量數(shù)據(jù)見(jiàn)表8。
注:“正”和“反”是正行程和反行程,前面沒(méi)有寫“正、反”的均為正行程。
這是滿量程為1000L/h的儀表,各流量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)流量值依次為200、400、600、500以及100OLh/,按精度為士2%計(jì)算,各流量測(cè)試值與標(biāo)準(zhǔn)值之差不得超過(guò)士20L/h,從表8可看出,流量數(shù)據(jù)是符合精度要求的。雖然儀表已被放置半年,而且轉(zhuǎn)換器上的零件曾被“打亂”過(guò)(被調(diào)整“錯(cuò)轉(zhuǎn)子”了),但只要按原出廠時(shí)畫的“零位線”和“流量線”進(jìn)行檢查和校正,不需要通水試驗(yàn)就能保持原有的儀表精度。
七、試驗(yàn)結(jié)論和說(shuō)明
(l)本文中所說(shuō)的“零位線”是指流量為零,浮子落在最低處時(shí)的浮子位移指示值。而此時(shí)的流量指示值一般應(yīng)在“0”以下。制造廠為了使儀表在流量為零時(shí)流量指示為“0”,一般是通過(guò)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的限位機(jī)構(gòu)來(lái)保證“0”流量指示的。為了讀取“零位線”的真實(shí)數(shù)據(jù),應(yīng)將限位機(jī)構(gòu)松開(kāi),以便讓平衡桿能夠“自由”降落到最低處。讀得“零位線”的數(shù)值后,再通過(guò)限位使流量擴(kuò)示值指 “O”。
（2）當(dāng)平衡破壞后,如不調(diào)整“零位線”指示,儀表的流t精度是不能保證的。從表2和衷3可粉出,誤差變化最大為4%以上。
(3)當(dāng)平衡破壞后,如果不宜斷調(diào)組平衡,只是恢復(fù)“零位線”指示,從表4和表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看,其誤差變化最大為1%。
(4)當(dāng)平衡破壞后,粗略地調(diào)平衡,然后調(diào)回“零位線”指示,從表5的數(shù)據(jù)可看出,誤差變化不超過(guò)0.5%。調(diào)平衡時(shí),只要使平衡桿在沒(méi)有外力作用下能保持水平位t而不向一端偏轉(zhuǎn)就行。
(5)對(duì)于電遠(yuǎn)傳型和氣遠(yuǎn)傳型儀表,其前面的流量指示部分的結(jié)構(gòu)原理是相同的,只是在指示型儀表的基礎(chǔ)上再附加一套遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)而已。遠(yuǎn)傳部分的作用是將流量指示轉(zhuǎn)換為電(或氣)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出,這部分的調(diào)整方法在各自的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上均有介紹,是不用水流量試驗(yàn)的。只要流量指示正確,其輸出信號(hào)也是正確性。
(6)雖然采用的零件已相隔十年,并未發(fā)現(xiàn)因“退磁”現(xiàn)象而對(duì)儀表精度造成的影響。
(7)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì),儀表口徑為φ15~150mm,盡管口徑不同,但其轉(zhuǎn)換器是通用的,所以本文介紹的方法對(duì)各種口徑都是適用的。
八、試驗(yàn)成果的意義
一臺(tái)儀表在調(diào)整好后,雖然其“流量一位移”關(guān)系還可能會(huì)改變(見(jiàn)表2和表3),甚至?xí)兊檬沽髁砍?但通過(guò)試驗(yàn),找到了它的變化規(guī)律。只要通過(guò)對(duì)“零位線”的檢查,就可以發(fā)現(xiàn)位移指示的變化量,通過(guò)“零位線”對(duì)準(zhǔn),就可糾正其變化量。
當(dāng)儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí),除了儀表的讀數(shù)外,用戶不可能知道管道內(nèi)的真實(shí)流量值,因此也無(wú)法核對(duì)儀表的指示是否正確,也無(wú)法判斷流量與浮子位移的關(guān)系是否還正確對(duì)應(yīng)。我們從圖1上可以看到,當(dāng)流量為零時(shí),浮子就落到最低處,坐落在導(dǎo)向環(huán)上,對(duì)每一臺(tái)制造好的儀表來(lái)說(shuō),這個(gè)位置是固定不變的。不管儀表使用多少年,浮子的“機(jī)械零位”都應(yīng)該保持同一個(gè)數(shù)值。因此,在“浮子位移”標(biāo)尺上的“零位線”指示也應(yīng)該保持不變。若由于某種原因使“零位線”的指示變了,就應(yīng)該果斷地把它調(diào)回來(lái)。“流量線”反映的是浮子離開(kāi)“零位”的高度。只要“零位線”的指示保持不變,“流量線”位置上的流量值也基本不會(huì)改變。用戶不需要流量測(cè)試設(shè)備,就能自行檢查和調(diào)整。
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