一種同向型開式流體切換裝置及流體切換和計時的方法與流程

本發(fā)明涉及一種液體流量裝置中的同向型開式流體切換裝置及流體切換和計時的方法。

背景技術(shù)：

目前的國內(nèi)外計量技術(shù)機構(gòu)中，液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置使用的流體切換裝置主要有兩種：一是閉式流體切換裝置；二是不同向型開式流體切換裝置。這兩種流體切換裝置在一定程度上滿足了當(dāng)前檢測、檢定中的量值傳遞要求，但隨著液體流量計量技術(shù)的發(fā)展，上述流體切換裝置已不能很好的滿足儀表測量精度越來越高的要求，因此在使用中暴露出的問題也越來越多。如閉式流體切換裝置的流體擾動問題，在閉式流體切換裝置對流體突然進(jìn)行切換時，管道中的流體流速和壓強都將發(fā)生急劇變化，產(chǎn)生較強流體波動，這種流體波動將會沿管道向管道入口傳播，因而造成穩(wěn)定流動狀態(tài)的流體的擾動，進(jìn)而影響流量計的計量性能。由于上述流體擾動問題是閉式切換裝置無法克服的嚴(yán)重缺陷，因此該型流體切換裝置在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中的使用量越來越少，逐漸被對流體不產(chǎn)生擾動的不同向型開式流體切換裝置取代。

圖1給出了不同向型開式開式流體切換裝置結(jié)構(gòu)組成。圖1中，不同向型開式流體切換裝置包括換向噴嘴(1)、分流器(17)、第一切換流道(181)、第二切換流道(182)、切換裝置計時導(dǎo)桿(19)和光電轉(zhuǎn)換器(20)。其中，分流器(17)有相鄰的第一分流漏斗(171)和第二分流漏斗(172)，第一分流漏斗(171)和第二分流漏斗(172)的下端分別對應(yīng)有第一導(dǎo)引管(1711)和第二導(dǎo)引管(1722)；此外，第一導(dǎo)引管(1711)和第二導(dǎo)引管(1722)的下端分別對應(yīng)地置于第一換向流道(181)和第二換向流道(182)中。流體切換裝置計時導(dǎo)桿(19)與分流器(17)固定連接并與光電轉(zhuǎn)換器(20)相配合產(chǎn)生計時控制信號。該型流體切換裝置的工作原理及對應(yīng)的流體切換流量模型可由圖2表示。由圖2可以看出該型流體切換裝置的工作過程可以分為以下幾個階段：

t0—t10階段，在該階段流體切換裝置開始將流體由旁通管向工作量器切換，噴嘴噴出的流體由旁通管逐漸切換流入工作量器，此時計時器并未計時，該過程流入工作量器的流體的累積量用a表示。

t10—t20階段，在該階段流體切換裝置逐漸將流體完全切換進(jìn)入工作量器，并且計時器開始由t10時刻計時，該過程中流入工作量器的流體累積量用b表示。

t20—t30階段，在該階段流體切換裝置對流體的切換結(jié)束，噴嘴噴出的流體完全進(jìn)入工作量器，計時器接續(xù)t10—t20階段繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)的計時，該過程流入工作量器的流體累積量用g表示。

t30—t40階段，在該階段流體切換裝置開始由工作量器向旁通管切換出，噴嘴噴出的流體由工作量器逐漸流入旁通管，計時器接續(xù)t20—t30階段繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)的計時，該過程流入工作量器的流體累積量用e表示。

t40—t50階段，在該階段流體切換裝置逐漸將流體由工作量器完全切換進(jìn)入旁通管，計時器在時刻t40停止計時，該過程流入工作量器的流體累積量用f表示。

根據(jù)上述分析知道，流體切換裝置對流體的整個切換過程可以分為切換入/切換出兩個過程，該型流體切換裝置的這兩個流體切換過程為方向相反的過程，因此該型流體切換裝置的整個流體切換過程中，切換入/切換出是不同向的。根據(jù)該型流體切換裝置的工作過程及計時的開始與結(jié)束時刻，可以得到該型流體切換裝置在切換入/切換出過程中流入工作量器中的流體累積量為q=a+b+g+e+f，計時時間段為t10—t40，由此可以得到該型流體切換裝置流體切換周期內(nèi)的平均流量為q=q/(t40-t10)。由于該型流體切換裝置噴嘴部分的流體流速分布不均勻及該型流體切換裝置對流體切換時切換入/切換出不同向，導(dǎo)致上述流量并不是該型流體切換裝置流體切換周期內(nèi)管道中的實際流量，管道中的實際流量應(yīng)該為：q1=(b+c+g+d+e)/(t4-t1)。要使得q=q1，必須有：a+b+g+e+f=b+c+g+d+e，即a+f=c+d。要滿足a+f=c+d，必須根據(jù)流體流速分布對計時器的脈沖觸發(fā)位置進(jìn)行調(diào)整。

實際上，流量不同時，流體切換裝置噴嘴噴出的流體流速分布也不同，如果將脈沖觸發(fā)位置根據(jù)某一流量下的流體流速分布進(jìn)行調(diào)整并置于一固定位置處，則在該流量下流體切換裝置引起的不確定度將會較小，而在其它流量下，流速分布及脈沖觸發(fā)位置導(dǎo)致流體切換裝置引起的不確定度將會大大增加，根據(jù)不同流量不斷調(diào)整脈沖觸發(fā)位置的方式又不具有可行性，因此這種該型流體切換裝置很難實現(xiàn)a+f=c+d，所以該型流體切換裝置對流體切換時切換入/切換出的一個周期內(nèi)得到的平均流量與實際流量具有較大誤差，這就給液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置帶來較大的不確定度。要想較好的解決不同向型開式流體切換裝置對流體切換時由“切換入/切換出”不同向帶來的不確定度較大問題，比較可行的辦法就是使得開式流體切換裝置對流體切換時的“切換入/切換出”同方向，本發(fā)明就是為解決該問題而提出的一種“切換入/切換出”同方向的流體切換裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中的同向型開式流體切換裝置及流體切換和計時的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明主要包括噴嘴，步進(jìn)電機，聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)動軸，圓盤，透光狹縫，第一光電轉(zhuǎn)換器，第二光電轉(zhuǎn)換器，計時計頻裝置，第一分流擋板，第二分流擋板，半圓柱管，整流面，旁通管，殼體，工作量器。所述步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)動軸相連接；圓盤開有能夠透光的狹縫，固定安裝在轉(zhuǎn)動軸上；第一光電轉(zhuǎn)換器和第二光電轉(zhuǎn)換器分別對稱地安裝在任一固定的支架上，通過屏蔽線與計時器相連接；第一分流板和第二分流板對稱地固定安裝在轉(zhuǎn)動軸兩側(cè)，且垂直通過半圓柱管直徑，與轉(zhuǎn)動軸一起組成半圓柱管的側(cè)面封閉板；半圓柱管為圓柱體的一半，垂直穿過殼體底部，其中殼體底部以上的進(jìn)液部分及以下的出液部分均為半圓柱管，與殼體底部接觸部分為全圓柱管；半圓柱管出液部分最下端的出液口與工作量器進(jìn)液口相對；全圓柱管與殼體底部的接觸部分采用密封材料進(jìn)行密封，密封要求應(yīng)達(dá)到半(全)圓柱管與殼體底部進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)運動時，流體不會由密封處滲漏；整流面為半圓錐形，其最下端與殼體底部間留有間隙，軸線與轉(zhuǎn)動軸固定連接；半圓柱管與整流面對稱地固定在轉(zhuǎn)動軸兩側(cè)；殼體位于工作量器上方，固定在任意支架上，底部開有出液口與旁通管相連接。

使用本發(fā)明的同向型開式流體切換裝置進(jìn)行流體切換和計時的方法主要包括如下步驟：

1)利用步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸順時針轉(zhuǎn)動帶動圓盤、第一分流擋板、第二分流擋板、半圓柱管、整流面順時針轉(zhuǎn)動直至整流面位于旁通管一側(cè)，半圓柱管位于旁通管另一側(cè)，該位置定義為同向型開式流體切換裝置的正向0°位置；在該位置處，噴嘴噴出的流體經(jīng)整流面分流后匯集到殼體底部，并經(jīng)殼體底部的出液口進(jìn)入旁通管，流入循環(huán)液池。

2)利用步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸勻速連續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸勻速連續(xù)順時針轉(zhuǎn)動帶動圓盤、第一分流擋板、第二分流擋板、半圓柱管、整流面由正向0°位置勻速連續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)，直至轉(zhuǎn)動角度達(dá)到正向180°時停止，該位置定義為同向型開式流體切換裝置的正向180°位置。在該位置處，半圓柱管位于旁通管一側(cè)噴嘴的下方，整流面位于旁通管另一側(cè)，噴嘴噴出的水流通過半圓柱管流入工作量器。在圓盤勻速連續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到正向90°時，透光狹縫與第一光電轉(zhuǎn)換器配合產(chǎn)生光電脈沖，送入計時計頻裝置開始計時。

3)利用步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸勻速連續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸勻速連續(xù)順時針轉(zhuǎn)動帶動圓盤、第一分流擋板、第二分流擋板、半圓柱管、整流面由正向180°位置勻速連續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)，直至轉(zhuǎn)動角度達(dá)到正向360°時停止，該位置與正向0°位置剛好重合，這一位置仍然定義為正向0°位置。在該位置處，整流面位于旁通管一側(cè)，半圓柱管位于旁通管另一側(cè)，噴嘴噴出的流體經(jīng)整流面分流后匯集到殼體底部，并經(jīng)殼體底部的出液口進(jìn)入旁通管，流入循環(huán)液池。在圓盤勻速連續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到正向270°時，透光狹縫與第二光電轉(zhuǎn)換器配合產(chǎn)生光電脈沖，送入計時計頻裝置停止計時；此時，完成同向型開式流體切換裝置的一個流體切換入/換換出過程。

另外，控制步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸勻速連續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動，同樣可完成一個反向流體切換過程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的同向型開式流體切換裝置及流體切換和計時的方法具有結(jié)構(gòu)簡單、換向魯棒性好的優(yōu)點，不僅解決了流體切換裝置在同方向上對流體進(jìn)行切換的問題，更重要的是通過該裝置實現(xiàn)的同向流體切換，大大減小了流體切換引起的不確定度，提高了液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量準(zhǔn)確度。

附圖說明

圖1是不同向型開式流體切換裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是不同向型開式流體切換裝置的流體切換流量模型圖；

圖3是本發(fā)明同向型開式流體切換裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明同向型開式流體切換裝置的流體切換流量模型圖；

圖5~圖7是本發(fā)明同向型開式流體切換裝置流體切換過程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明完全摒棄了傳統(tǒng)的不同向型開式流體切換裝置的設(shè)計結(jié)構(gòu)，采用了一種全新的設(shè)計結(jié)構(gòu)。如圖3所示，主要包括噴嘴1，步進(jìn)電機2，聯(lián)軸器3，轉(zhuǎn)動軸4，圓盤5，透光狹縫6，第一光電轉(zhuǎn)換器7，第二光電轉(zhuǎn)換器8，計時計頻裝置9，第一分流擋板10，第二分流擋板11，半圓柱管12，整流面13，旁通管14，殼體15，工作量器16。

使用本發(fā)明的流體切換裝置時，可將步進(jìn)電機2通過聯(lián)軸器3與轉(zhuǎn)動軸4相連接；開有能夠透光的狹縫6的圓盤5，固定安裝在轉(zhuǎn)動軸4上；第一光電轉(zhuǎn)換器7和第二光電轉(zhuǎn)換器8分別對稱地安裝在任一固定的支架上，通過屏蔽線與計時器9相連接；第一分流檔板10和第二分流檔板11對稱地固定安裝在轉(zhuǎn)動軸4兩側(cè)，且垂直通過半圓柱管12直徑，與轉(zhuǎn)動軸4一起組成半圓柱管12的側(cè)面封閉板；半圓柱管12為圓柱體的一半，垂直穿過殼體15底部，其中殼體15底部以上的進(jìn)液部分及以下的出液部分均為半圓柱管12，與殼體15底部接觸部分為全圓柱管；半圓柱管12出液部分最下端的出液口與工作量器16進(jìn)液口相對；全圓柱管與殼體15底部的接觸部分采用密封材料進(jìn)行密封，密封要求應(yīng)達(dá)到半(全)圓柱管12與殼體15底部進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)運動時，流體不會由密封處滲漏；整流面13為半圓錐形，其最下端與殼體15底部間留有間隙，軸線與轉(zhuǎn)動軸4固定連接；半圓柱管12與整流面13對稱地固定在轉(zhuǎn)動軸4兩側(cè)；殼體15位于工作量器上方，固定在任意支架上，底部開有出液口與旁通管14相連接。

本發(fā)明的流體切換裝置具體工作過程如下：

1）如圖5所示，利用步進(jìn)電機2通過聯(lián)軸器3驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸4順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸4順時針轉(zhuǎn)動帶動圓盤5、第一分流擋板10、第二分流擋板11、半圓柱管12、整流面13順時針轉(zhuǎn)動直至整流面13位于旁通管14一側(cè)，半圓柱管12位于旁通管14另一側(cè)，該位置定義為同向型開式流體切換裝置的正向0°位置；在該位置處，噴嘴1噴出的流體經(jīng)整流面13分流后匯集到殼體15底部，并經(jīng)殼體15底部的出液口進(jìn)入旁通管，流入循環(huán)液池。

2）如圖6所示，利用步進(jìn)電機2通過聯(lián)軸器3驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸4勻速連續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸4勻速連續(xù)順時針轉(zhuǎn)動帶動圓盤5、第一分流擋板10、第二分流擋板11、半圓柱管12、整流面13由正向0°位置勻速連續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)，直至轉(zhuǎn)動角度達(dá)到正向180°時停止，該位置定義為同向型開式流體切換裝置的正向180°位置。在該位置處，半圓柱管12位于旁通管14一側(cè)噴嘴1的下方，整流面13位于旁通管14另一側(cè)，噴嘴1噴出的流體通過半圓柱管12流入工作量器16。在圓盤5勻速連續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到正向90°時，透光狹縫6與第一光電轉(zhuǎn)換器7配合產(chǎn)生光電脈沖，送入計時計頻裝置9開始計時。

3）如圖7所示，利用步進(jìn)電機2通過聯(lián)軸器3驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸4勻速連續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸4勻速連續(xù)順時針轉(zhuǎn)動帶動圓盤5、第一分流擋板10、第二分流擋板11、半圓柱管12、整流面13由正向180°位置勻速連續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)，直至轉(zhuǎn)動角度達(dá)到正向360°時停止，該位置與正向0°位置剛好重合，這一位置仍然定義為正向0°位置。在該位置處，整流面13位于旁通管14一側(cè)，半圓柱管12位于旁通管14另一側(cè)，噴嘴1噴出的流體經(jīng)整流面13分流后匯集到殼體15底部，并經(jīng)殼體15底部的出液口進(jìn)入旁通管，流入循環(huán)液池。在圓盤5勻速連續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到正向270°時，透光狹縫6與第二光電轉(zhuǎn)換器8配合產(chǎn)生光電脈沖，送入計時計頻裝置9停止計時；此時，完成同向型開式流體切換裝置的一個切換入/切換出過程；控制步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸勻速連續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動，同樣可完成另一個流體切換過程。

本發(fā)明同向型開式流體切換裝置的上述結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的工作過程實現(xiàn)了同向型開式流體切換裝置的計時開始（對應(yīng)上述工作過程的步驟2）和計時結(jié)束（對應(yīng)上述工作過程的步驟3）在同一方向同一位置處完成，即同向型開式流體切換裝置在同方向上實現(xiàn)了對流體的“切換入/切換出”。圖4所示的流體切換流量模型為本發(fā)明的同向型開式流體切換裝置切換流體過程對應(yīng)的流量模型。由圖4可以知道，由于該流量模型是流體切換裝置在同方向上實現(xiàn)的流體“切換入/切換出”對應(yīng)的流體模型，所以實現(xiàn)了a=d，c=f，a+f=c+d，克服了不同向開式流體切換裝置在不同方向上“切換入/切換出”流體難以實現(xiàn)的a+f=c+d問題，因此最終實現(xiàn)了流體切換的一個周期的計時時間段內(nèi)平均流量與實際流量相等：q1=(b+c+g+d+e)/(t4-t1)=(a+b+g+e+f)/(t4-t1)=q。