雙流束熱量表的流量測量技術研究
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圖4 導流片改進示意圖
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(diào)節(jié)部件，以調(diào)整脈沖當量的大小，為了簡化設計、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。通過調(diào)整筋條和水流方向之間的夾角β，來改變脈沖當量的大小。實驗表明這一方法對調(diào)節(jié)基表脈沖當量十分靈敏、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原理在基表進水口設置導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置調(diào)節(jié)筋條、來調(diào)整基表脈沖當量的新方法，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要求，達到國外同類產(chǎn)品的先進水平。
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