金屬管轉(zhuǎn)子流量計是一種結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的流量測量儀表,它可用來連續(xù)測量管道中液體、氣體和蒸汽的流量。
一、工作原理
金屬管轉(zhuǎn)子流量計有電遠傳型、氣遠傳型和指示型等多種型式。金屬管轉(zhuǎn)子流量計的工作原理見圖1。當被測介質(zhì)自下向上流過錐管時,浮子向上升起,浮子的位移通過磁鋼的藕合傳出,使平衡桿產(chǎn)生角位移,通過四連桿機構(gòu)的傳遞,最后由指針來實現(xiàn)流量指示。
二、出廠校驗
每臺儀表出廠前,都要經(jīng)過水(或空氣)的流量校驗,校驗順序如下:
(l)通過水流量校驗設(shè)備,測定浮子位移和流量的關(guān)系。流量數(shù)據(jù)由實際測量得到,浮子位移數(shù)據(jù)在表上的長條形標尺上讀出。
(2)調(diào)整四連桿機構(gòu),使指針有線性的流量指示。
(3)復校,按儀表指示來檢查該指示值下的實際流量值。
三、目前存在問題
(l)在儀表的出廠校驗中,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)已人庫的儀表,有時發(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)用戶無法驗證新收到的儀表以及正常工作運行中的儀表的指示正確性。
(4)儀表清洗或維修后,無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?
以上各種問題都是轉(zhuǎn)子流量計生產(chǎn)廠及用戶所關(guān)心和急待解決的。發(fā)生這些問題的根源是流量計流量一位移的關(guān)系發(fā)生了變化,而且還缺少一種在現(xiàn)場檢查它們變化量大小的辦法,更沒有在它們變化后作出現(xiàn)場調(diào)正恢復精度的手段。
四、問題分析
在金屬管轉(zhuǎn)子流量計出廠校驗中,最關(guān)鍵的是尋找流量-位移正確的對應關(guān)系。此“關(guān)系”目前生產(chǎn)制造沒有標準化,每臺表要不一樣的。制造廠自己在流量校驗以前也不知道這臺表的流量和浮子位移關(guān)系的具體數(shù)值,所以才規(guī)定每臺儀表在出廠前必須經(jīng)過流量校驗。儀表的流量指示和輸出信號都是在找出的“流量一位移”的基礎(chǔ)上進行調(diào)整的(現(xiàn)在的問題是原來找好的“關(guān)系”后來變化了,因此引起了整個儀表精度的變化)。
問題的核心是調(diào)整好的“流量一位移”關(guān)系怎么會變化?怎樣知道“關(guān)系”變化了?變了多少?變了以后怎么來糾正等等。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)換器上的零件無關(guān),所以,可以用浮子的上下位置來代表流量的大小。但是,由于殼體是金屬制作的,浮子的位置見不到。通常該位置是通過兩對磁鋼的藕合來傳遞的,平衡桿上的磁鋼與浮子上的磁鋼互相吸引,再通過平衡桿上的指針來反映浮子的位置。問題是平衡桿上的位移指針是否能真實地反映浮子位移量。試驗發(fā)現(xiàn),當平衡桿兩端的平衡狀態(tài)改變時,盡管浮子位置不變,位移指針的指示也會變化。另外,位移指針本身還能彎曲和移動,這樣就造成了“流量一位移指示”關(guān)系發(fā)生了變化。
下面通過受力分析,來尋找“關(guān)系”變化的規(guī)律。
每臺儀表的平衡桿都是調(diào)過平衡的,但是不可能絕對平衡,一般總是有點不平衡的。
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,這兩個力都要使平衡桿產(chǎn)生轉(zhuǎn)動,但方向相反。平衡時,這兩個力(標量)應該有如下關(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當偏離角α較小時，則tgα≈sinα，所以b=αtgα≈α sinα=αF1/ F2。
從式中可見,當平衡桿兩邊平衡,即F1=0時,b=0,內(nèi)外兩磁鋼的位置是正確對應的。若F1≠0,則b≠0,而且F1愈大,偏離量b也愈大。同時,磁鋼的吸引力F2愈大,b愈小,所以要求磁鋼應具有較大強度。當儀表用了一段時間而引起磁性減弱時(即所謂退磁現(xiàn)象)就會引起凡減小和偏離量b變大。當然,如果我們能做到使F1=O(即絕對平衡),那末,不管F2怎么變化(只要F2>0),偏離量b始終為零。
當出現(xiàn)F2< F1時(因為F1/ F2== sinα而sina不可能大于1,所以無解),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,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、試驗過程
(l)按常規(guī)的出廠校驗方法裝配,調(diào)整好一臺完整的儀表,在水流量裝置上校驗。
(2)記下校驗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%最大流量所對應的浮子位移畫黑線;“零位線”是流量為零時浮子所停留的位置畫紅線)。
(3)模仿用戶對儀表的維修、調(diào)整、清洗等情況,試驗它們對儀表的影響及清除辦法。
(4)放置一段時間后,檢驗“流量線”和“零位線”的穩(wěn)定性和正確性。
六、試驗數(shù)據(jù)整理
(l)第一次校驗、調(diào)整后得到的數(shù)據(jù)見表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,表上流量線所對應的標準流量值是200、600和1000Lh/,對2級精度的儀表,允許誤差為士20L/ho
(2)平衡破壞,使平衡桿的磁鋼端偏重時流量位移數(shù)據(jù)見表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的流量位移值見表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2級精度的儀表來說,是令人滿意的。
(6)模仿用戶維修儀表的情況,把轉(zhuǎn)換器的機芯拆出,傳感器的浮子、錐管等也拆下重新安裝。核對“零位線”的指示,發(fā)現(xiàn)指示不變。通流量測定,數(shù)據(jù)沒有變。
(7)掉換轉(zhuǎn)換器的試驗。曾校驗過一臺錯轉(zhuǎn)子流量計,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,試驗時按原出廠的校驗數(shù)據(jù)(“零位線”和“流量線,’)進行調(diào)整。原出廠校驗的校驗數(shù)據(jù)見表6(鋯轉(zhuǎn)子,型號LZQ一40,規(guī)格4000L/h)。
使用一年后,轉(zhuǎn)換器被換的校驗數(shù)據(jù)見表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到2%。
(8)儀表放置幾個月后(約半年),檢查原試驗數(shù)據(jù)是否保持穩(wěn)定。由于轉(zhuǎn)換器曾與錯轉(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行的),調(diào)整好后,測到的流量數(shù)據(jù)見表8。
注:“正”和“反”是正行程和反行程,前面沒有寫“正、反”的均為正行程。
這是滿量程為1000L/h的儀表,各流量點的標準流量值依次為200、400、600、500以及100OLh/,按精度為士2%計算,各流量測試值與標準值之差不得超過士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(被調(diào)整“錯轉(zhuǎn)子”了),但只要按原出廠時畫的“零位線”和“流量線”進行檢查和校正,不需要通水試驗就能保持原有的儀表精度。
七、試驗結(jié)論和說明
(l)本文中所說的“零位線”是指流量為零,浮子落在最低處時的浮子位移指示值。而此時的流量指示值一般應在“0”以下。制造廠為了使儀表在流量為零時流量指示為“0”,一般是通過轉(zhuǎn)換器內(nèi)的限位機構(gòu)來保證“0”流量指示的。為了讀取“零位線”的真實數(shù)據(jù),應將限位機構(gòu)松開,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,再通過限位使流量擴示值指 “O”。
（2）當平衡破壞后,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)當平衡破壞后,如果不宜斷調(diào)組平衡,只是恢復“零位線”指示,從表4和表1的試驗數(shù)據(jù)來看,其誤差變化最大為1%。
(4)當平衡破壞后,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0.5%。調(diào)平衡時,只要使平衡桿在沒有外力作用下能保持水平位t而不向一端偏轉(zhuǎn)就行。
(5)對于電遠傳型和氣遠傳型儀表,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)上再附加一套遠傳機構(gòu)而已。遠傳部分的作用是將流量指示轉(zhuǎn)換為電(或氣)標準信號輸出,這部分的調(diào)整方法在各自的產(chǎn)品說明書上均有介紹,是不用水流量試驗的。只要流量指示正確,其輸出信號也是正確性。
(6)雖然采用的零件已相隔十年,并未發(fā)現(xiàn)因“退磁”現(xiàn)象而對儀表精度造成的影響。
(7)金屬管轉(zhuǎn)子流量計,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各種口徑都是適用的。
八、試驗成果的意義
一臺儀表在調(diào)整好后,雖然其“流量一位移”關(guān)系還可能會改變(見表2和表3),甚至會變得使流量超差,但通過試驗,找到了它的變化規(guī)律。只要通過對“零位線”的檢查,就可以發(fā)現(xiàn)位移指示的變化量,通過“零位線”對準,就可糾正其變化量。
當儀表安裝在現(xiàn)場使用時,除了儀表的讀數(shù)外,用戶不可能知道管道內(nèi)的真實流量值,因此也無法核對儀表的指示是否正確,也無法判斷流量與浮子位移的關(guān)系是否還正確對應。我們從圖1上可以看到,當流量為零時,浮子就落到最低處,坐落在導向環(huán)上,對每一臺制造好的儀表來說,這個位置是固定不變的。不管儀表使用多少年,浮子的“機械零位”都應該保持同一個數(shù)值。因此,在“浮子位移”標尺上的“零位線”指示也應該保持不變。若由于某種原因使“零位線”的指示變了,就應該果斷地把它調(diào)回來。“流量線”反映的是浮子離開“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改變。用戶不需要流量測試設(shè)備,就能自行檢查和調(diào)整。
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