金属管转子流量计是一种结构简单、工作可靠的流量测量仪表,它可用来连续测量管道中液体、气体和蒸汽的流量。
一、工作原理
金属管转子流量计有电远传型、气远传型和指示型等多种型式。金属管转子流量计的工作原理见图1。当被测介质自下向上流过锥管时,浮子向上升起,浮子的位移通过磁钢的藕合传出,使平衡杆产生角位移,通过四连杆机构的传递,最后由指针来实现流量指示。
二、出厂校验
每台仪表出厂前,都要经过水(或空气)的流量校验,校验顺序如下:
(l)通过水流量校验设备,测定浮子位移和流量的关系。流量数据由实际测量得到,浮子位移数据在表上的长条形标尺上读出。
(2)调整四连杆机构,使指针有线性的流量指示。
(3)复校,按仪表指示来检查该指示值下的实际流量值。
三、目前存在问题
(l)在仪表的出厂校验中,经常出现“浮子位移和流量的关系不稳定”的情况。
(2)已人库的仪表,有时发现“流量一位移”关系发生改变,仪表精度出现超差。
(3)用户无法验证新收到的仪表以及正常工作运行中的仪表的指示正确性。
(4)仪表清洗或维修后,无法检查和保证仪表的精度是否仍满足要求。.
(5)浮子上的磁钢有退磁现象。磁钢的磁性减弱后,仪表是否还能继续使用?其结果又如何处理?
以上各种问题都是转子流量计生产厂及用户所关心和急待解决的。发生这些问题的根源是流量计流量一位移的关系发生了变化,而且还缺少一种在现场检查它们变化量大小的办法,更没有在它们变化后作出现场调正恢复精度的手段。
四、问题分析
在金属管转子流量计出厂校验中,最关键的是寻找流量-位移正确的对应关系。此“关系”目前生产制造没有标准化,每台表要不一样的。制造厂自己在流量校验以前也不知道这台表的流量和浮子位移关系的具体数值,所以才规定每台仪表在出厂前必须经过流量校验。仪表的流量指示和输出信号都是在找出的“流量一位移”的基础上进行调整的(现在的问题是原来找好的“关系”后来变化了,因此引起了整个仪表精度的变化)。
问题的核心是调整好的“流量一位移”关系怎么会变化?怎样知道“关系”变化了?变了多少?变了以后怎么来纠正等等。下面分析一下“流量-位移关系”变化的原因。
图2为“流量一浮子位移”传递关系图。浮子2在锥管l内的上下位置是由流量的大小与转换器的大小决定的,与转换器上的零件无关,所以,可以用浮子的上下位置来代表流量的大小。但是,由于壳体是金属制作的,浮子的位置见不到。通常该位置是通过两对磁钢的藕合来传递的,平衡杆上的磁钢与浮子上的磁钢互相吸引,再通过平衡杆上的指针来反映浮子的位置。问题是平衡杆上的位移指针是否能真实地反映浮子位移量。试验发现,当平衡杆两端的平衡状态改变时,尽管浮子位置不变,位移指针的指示也会变化。另外,位移指针本身还能弯曲和移动,这样就造成了“流量一位移指示”关系发生了变化。
下面通过受力分析,来寻找“关系”变化的规律。
每台仪表的平衡杆都是调过平衡的,但是不可能绝对平衡,一般总是有点不平衡的。
如图3所示,设平衡杆的磁钢端较重,其不平衡力为Fl,而磁钢间的吸引力为凡,这两个力都要使平衡杆产生转动,但方向相反。平衡时,这两个力(标量)应该有如下关系:
F2sinα=F2′= F1
式中α—内外两磁钢的偏离角
若两磁钢间的距离为α则可算出磁钢的偏离量为b=αtgα当偏离角α较小时，则tgα≈sinα，所以b=αtgα≈α sinα=αF1/ F2。
从式中可见,当平衡杆两边平衡,即F1=0时,b=0,内外两磁钢的位置是正确对应的。若F1≠0,则b≠0,而且F1愈大,偏离量b也愈大。同时,磁钢的吸引力F2愈大,b愈小,所以要求磁钢应具有较大强度。当仪表用了一段时间而引起磁性减弱时(即所谓退磁现象)就会引起凡减小和偏离量b变大。当然,如果我们能做到使F1=O(即绝对平衡),那末,不管F2怎么变化(只要F2>0),偏离量b始终为零。
当出现F2< F1时(因为F1/ F2== sinα而sina不可能大于1,所以无解),出现了两磁钢吸不住而不跟随的现象。
由于用户在维修和调整仪表时,很难避免出现破坏平衡,加上磁钢本身的退磁现象,所以很容易引起偏离量b的变化,从而产生了浮子位置与指示值不一致的现象。
五、试验过程
(l)按常规的出厂校验方法装配,调整好一台完整的仪表,在水流量装置上校验。
(2)记下校验中得到的流量一位移关系及“零位线”的数据,并在辅助度盘上的相应位置处画上“流量线”和“零位线”(“流量线”是20%、60%、100%最大流量所对应的浮子位移画黑线;“零位线”是流量为零时浮子所停留的位置画红线)。
(3)模仿用户对仪表的维修、调整、清洗等情况,试验它们对仪表的影响及清除办法。
(4)放置一段时间后,检验“流量线”和“零位线”的稳定性和正确性。
六、试验数据整理
(l)第一次校验、调整后得到的数据见表l。
“零位线”为0.65;“流量线”为3.35、7.5、11.00
表l的仪表规格是1000L/h,表上流量线所对应的标准流量值是200、600和1000Lh/,对2级精度的仪表,允许误差为士20L/ho
(2)平衡破坏,使平衡杆的磁钢端偏重时流量位移数据见表o2
“零位线”指示由0.65降到0.4,各“流量线”下的流量普遍增大,最大变化量为44L/h,即误差增大4%以上。
(3)平衡杆磁钢端偏轻时的流量位移值见表3。
与表1比较,“零位线”指示由0.65升到0.82,各“流量线”的流量普遍减小,误差变化2%以上。
(4)在磁钢端变轻的不平衡情况下,故意不调整平衡,只是把“零位线”的指示放回到0.65,此时流量的变化情况如表4所示。
该数据与表1比较,虽然也变小了,但变化量不超过10L/h,所有数据都在精度范围内。
(5)粗略地重新调平衡,然后再把“零位线”指示调正确,流量和位移的变化情况如表5所不。
表5的数据比表4更好了,与表1比较,误差变化只有0.5%,这对2级精度的仪表来说,是令人满意的。
(6)模仿用户维修仪表的情况,把转换器的机芯拆出,传感器的浮子、锥管等也拆下重新安装。核对“零位线”的指示,发现指示不变。通流量测定,数据没有变。
(7)掉换转换器的试验。曾校验过一台错转子流量计,在腐蚀性介质中用了一年后,再用别的转换器与其配套重新校验,试验时按原出厂的校验数据(“零位线”和“流量线,’)进行调整。原出厂校验的校验数据见表6(锆转子,型号LZQ一40,规格4000L/h)。
使用一年后,转换器被换的校验数据见表7
由于仪表在腐蚀性的介质中已用了一年,浮子和锥管表面的光洁度已下降,尺寸也稍许发生变化(表面上有氧化层),所以数据稍有差别。但从试验数据中可以看出,掉换转换器后,仪表的精度羞本上仍能达到2%。
(8)仪表放置几个月后(约半年),检查原试验数据是否保持稳定。由于转换器曾与错转子相配,调整的位置已有变化,所以要重新调整“零位线”和线性(这些工作都是在不通流量的条件下进行的),调整好后,测到的流量数据见表8。
注:“正”和“反”是正行程和反行程,前面没有写“正、反”的均为正行程。
这是满量程为1000L/h的仪表,各流量点的标准流量值依次为200、400、600、500以及100OLh/,按精度为士2%计算,各流量测试值与标准值之差不得超过士20L/h,从表8可看出,流量数据是符合精度要求的。虽然仪表已被放置半年,而且转换器上的零件曾被“打乱”过(被调整“错转子”了),但只要按原出厂时画的“零位线”和“流量线”进行检查和校正,不需要通水试验就能保持原有的仪表精度。
七、试验结论和说明
(l)本文中所说的“零位线”是指流量为零,浮子落在最低处时的浮子位移指示值。而此时的流量指示值一般应在“0”以下。制造厂为了使仪表在流量为零时流量指示为“0”,一般是通过转换器内的限位机构来保证“0”流量指示的。为了读取“零位线”的真实数据,应将限位机构松开,以便让平衡杆能够“自由”降落到最低处。读得“零位线”的数值后,再通过限位使流量扩示值指 “O”。
（2）当平衡破坏后,如不调整“零位线”指示,仪表的流t精度是不能保证的。从表2和衷3可粉出,误差变化最大为4%以上。
(3)当平衡破坏后,如果不宜断调组平衡,只是恢复“零位线”指示,从表4和表1的试验数据来看,其误差变化最大为1%。
(4)当平衡破坏后,粗略地调平衡,然后调回“零位线”指示,从表5的数据可看出,误差变化不超过0.5%。调平衡时,只要使平衡杆在没有外力作用下能保持水平位t而不向一端偏转就行。
(5)对于电远传型和气远传型仪表,其前面的流量指示部分的结构原理是相同的,只是在指示型仪表的基础上再附加一套远传机构而已。远传部分的作用是将流量指示转换为电(或气)标准信号输出,这部分的调整方法在各自的产品说明书上均有介绍,是不用水流量试验的。只要流量指示正确,其输出信号也是正确性。
(6)虽然采用的零件已相隔十年,并未发现因“退磁”现象而对仪表精度造成的影响。
(7)金属管转子流量计,仪表口径为φ15~150mm,尽管口径不同,但其转换器是通用的,所以本文介绍的方法对各种口径都是适用的。
八、试验成果的意义
一台仪表在调整好后,虽然其“流量一位移”关系还可能会改变(见表2和表3),甚至会变得使流量超差,但通过试验,找到了它的变化规律。只要通过对“零位线”的检查,就可以发现位移指示的变化量,通过“零位线”对准,就可纠正其变化量。
当仪表安装在现场使用时,除了仪表的读数外,用户不可能知道管道内的真实流量值,因此也无法核对仪表的指示是否正确,也无法判断流量与浮子位移的关系是否还正确对应。我们从图1上可以看到,当流量为零时,浮子就落到最低处,坐落在导向环上,对每一台制造好的仪表来说,这个位置是固定不变的。不管仪表使用多少年,浮子的“机械零位”都应该保持同一个数值。因此,在“浮子位移”标尺上的“零位线”指示也应该保持不变。若由于某种原因使“零位线”的指示变了,就应该果断地把它调回来。“流量线”反映的是浮子离开“零位”的高度。只要“零位线”的指示保持不变,“流量线”位置上的流量值也基本不会改变。用户不需要流量测试设备,就能自行检查和调整。
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