雙流束熱量表的流量測量技術(shù)研究
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圖4 導流片改進(jìn)示意圖
為了進(jìn)一步改善基表的性能，對葉輪的材料也進(jìn)行了改進(jìn)。原設計葉輪材料采用的是PPS，改用尼龍66＋玻璃纖維，改進(jìn)后葉輪重量減輕，其與軸承間的摩擦阻力相應減小，通過(guò)對基表以上綜合改進(jìn)，基表的始動(dòng)流量減小，脈沖當量增加明顯。試驗結果表明，始動(dòng)流量值由原來(lái)的16L/h降低為10L/h左右。脈沖當量增大8％左右，大大改善了及表的性能。
為了保證基表間當量脈沖一致，以往基表往往在不同的部位設置調節部件，以調整脈沖當量的大小，為了簡(jiǎn)化設計、改善工藝性，本研究在葉輪室頂蓋下面的徑向位置上設置筋條，如圖5所示。通過(guò)調整筋條和水流方向之間的夾角β，來(lái)改變脈沖當量的大小。實(shí)驗表明這一方法對調節基表脈沖當量十分靈敏、有效。該方法與傳統的其它方法相比，具有結構簡(jiǎn)單，工藝性好、易于調節的優(yōu)點(diǎn)。
圖5 調節筋條示意圖
傳統的流量信號采集方案多為有磁式，具有抗干擾能力差，永久性磁鐵退磁和含鐵性雜質(zhì)易吸附等缺點(diǎn)。本研究采用無(wú)磁式傳感器方案，具體電路方案為T(mén)MS3723B方案。
TMS3723B是美國德州儀器公司生產(chǎn)的流量芯片，被廣泛應用于歐洲熱量表產(chǎn)品。它的內部有12個(gè)控制寄存器和13個(gè)數據寄存器，通過(guò)向控制寄存器中寫(xiě)入數據可以實(shí)現對采樣頻率、比較器比較電壓、中斷方式、時(shí)鐘信號源、電感的開(kāi)啟和關(guān)閉等項目的控制，讀出數據寄存器中的內容可以知道各個(gè)電感的狀態(tài)、葉輪旋轉圈數、葉輪旋轉方向等信息。
實(shí)際在熱量表中使用TMS3723B主要是讀取1/4旋轉寄存器和電感狀態(tài)寄存器中的內容。當葉輪旋轉一圈時(shí)1/4旋轉寄存器中的數據加4，當1/4旋轉寄存器中的數據讀出后可自動(dòng)清0。只要定期讀取1/4旋轉寄存器中的內容，就可以計算出在這一時(shí)間間隔內的葉輪轉速。電感狀態(tài)寄存器中保存當前電感的狀態(tài)等信息，通過(guò)讀取電感狀態(tài)寄存器中的數據可以判斷電感是否存在故障。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明一下TMS3723B是如何判斷電感狀態(tài)并計數的。
流量傳感器由3個(gè)電感線(xiàn)圈構成，它們在旋轉軌道上間隔90度均勻分布，其下部為葉輪，葉輪頂面在半圓區域內涂附了用蒸汽處理過(guò)的阻尼材料。
每個(gè)電感均和電容組成LC振蕩電路，由TMS3723B定期對LC電路充放電以使LC電路產(chǎn)生逐漸衰減的正弦信號，比較器把衰減的正弦信號轉換成數字脈沖，只要輸入電壓高于設定的內部值,脈沖就將持續高值。
無(wú)阻尼振蕩 阻尼振蕩
圖6無(wú)阻尼和有阻尼振蕩波形
當葉輪旋轉時(shí)，三個(gè)電感依次在有阻尼狀態(tài)和無(wú)阻尼狀態(tài)之間切換，TMS3723B判斷各個(gè)電感的狀態(tài)，寫(xiě)入相應的狀態(tài)寄存器中。每旋轉一圈，TMS3723B內的1／4旋轉計數器加4。微處理器定時(shí)讀取TMS3723 中的數據，并根據這些數據計算出流量。
5. 結 論
本研究提出了利用流體力學(xué)原理在基表進(jìn)水口設置導流片來(lái)改變水流方向、形成對葉輪有效沖擊的新方法。且通過(guò)調整導流片的幾何形狀和尺寸提高了基表檢測精度，降低了始動(dòng)流量，改善了基表的機加工工藝。提出了在葉輪室頂蓋徑向設置調節筋條、來(lái)調整基表脈沖當量的新方法，該方法較其它傳統方法簡(jiǎn)便有效。采用美國德州儀器TMS3723B專(zhuān)用流量芯片，保證了基表流量信號的采集準確、可靠。實(shí)驗檢測表明，通過(guò)以上綜合措施，本研究開(kāi)發(fā)的熱量表基表，整體性能達到國家標準的相關(guān)要求，達到國外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
參考文獻
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