雙流束熱量表的流量測量技術(shù)研究
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圖4 導(dǎo)流片改進示意圖
為了進一步改善基表的性能，對葉輪的材料也進行了改進。原設(shè)計葉輪材料采用的是PPS，改用尼龍66＋玻璃纖維，改進后葉輪重量減輕，其與軸承間的摩擦阻力相應(yīng)減小，通過對基表以上綜合改進，基表的始動流量減小，脈沖當(dāng)量增加明顯。試驗結(jié)果表明，始動流量值由原來的16L/h降低為10L/h左右。脈沖當(dāng)量增大8％左右，大大改善了及表的性能。
為了保證基表間當(dāng)量脈沖一致，以往基表往往在不同的部位設(shè)置調(diào)節(jié)部件，以調(diào)整脈沖當(dāng)量的大小，為了簡化設(shè)計、改善工藝性，本研究在葉輪室頂蓋下面的徑向位置上設(shè)置筋條，如圖5所示。通過調(diào)整筋條和水流方向之間的夾角β，來改變脈沖當(dāng)量的大小。實驗表明這一方法對調(diào)節(jié)基表脈沖當(dāng)量十分靈敏、有效。該方法與傳統(tǒng)的其它方法相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好、易于調(diào)節(jié)的優(yōu)點。
圖5 調(diào)節(jié)筋條示意圖
傳統(tǒng)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。本研究采用無磁式傳感器方案，具體電路方案為TMS3723B方案。
TMS3723B是美國德州儀器公司生產(chǎn)的流量芯片，被廣泛應(yīng)用于歐洲熱量表產(chǎn)品。它的內(nèi)部有12個控制寄存器和13個數(shù)據(jù)寄存器，通過向控制寄存器中寫入數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)對采樣頻率、比較器比較電壓、中斷方式、時鐘信號源、電感的開啟和關(guān)閉等項目的控制，讀出數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容可以知道各個電感的狀態(tài)、葉輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、葉輪旋轉(zhuǎn)方向等信息。
實際在熱量表中使用TMS3723B主要是讀取1/4旋轉(zhuǎn)寄存器和電感狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)一圈時1/4旋轉(zhuǎn)寄存器中的數(shù)據(jù)加4，當(dāng)1/4旋轉(zhuǎn)寄存器中的數(shù)據(jù)讀出后可自動清0。只要定期讀取1/4旋轉(zhuǎn)寄存器中的內(nèi)容，就可以計算出在這一時間間隔內(nèi)的葉輪轉(zhuǎn)速。電感狀態(tài)寄存器中保存當(dāng)前電感的狀態(tài)等信息，通過讀取電感狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)可以判斷電感是否存在故障。下面簡要說明一下TMS3723B是如何判斷電感狀態(tài)并計數(shù)的。
流量傳感器由3個電感線圈構(gòu)成，它們在旋轉(zhuǎn)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(qū)域內(nèi)涂附了用蒸汽處理過的阻尼材料。
每個電感均和電容組成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(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖，只要輸入電壓高于設(shè)定的內(nèi)部值,脈沖就將持續(xù)高值。
無阻尼振蕩 阻尼振蕩
圖6無阻尼和有阻尼振蕩波形
當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，三個電感依次在有阻尼狀態(tài)和無阻尼狀態(tài)之間切換，TMS3723B判斷各個電感的狀態(tài)，寫入相應(yīng)的狀態(tài)寄存器中。每旋轉(zhuǎn)一圈，TMS3723B內(nèi)的1／4旋轉(zhuǎn)計數(shù)器加4。微處理器定時讀取TMS3723 中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出流量。
5. 結(jié) 論
本研究提出了利用流體力學(xué)原理在基表進水口設(shè)置導(dǎo)流片來改變水流方向、形成對葉輪有效沖擊的新方法。且通過調(diào)整導(dǎo)流片的幾何形狀和尺寸提高了基表檢測精度，降低了始動流量，改善了基表的機加工工藝。提出了在葉輪室頂蓋徑向設(shè)置調(diào)節(jié)筋條、來調(diào)整基表脈沖當(dāng)量的新方法，該方法較其它傳統(tǒng)方法簡便有效。采用美國德州儀器TMS3723B專用流量芯片，保證了基表流量信號的采集準確、可靠。實驗檢測表明，通過以上綜合措施，本研究開發(fā)的熱量表基表，整體性能達到國家標準的相關(guān)要求，達到國外同類產(chǎn)品的先進水平。
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