一種高精度的指針式轉子流量計的制作方法

本實用新型涉及一種用于測量流體流量的流量計，尤其是涉及一種高精度的指針式轉子流量計。

背景技術：

浮子流量計也稱轉子流量計，包括錐形管以及置于錐形管中且可以沿管的中心線上下自由移動的感應單元，錐形管的內側壁具有一段從下向上逐漸擴大的倒圓錐形的工作側壁，錐形管內上下兩端分別設有導向管，相應地，感應單元包括轉子、設置在轉子上下兩側的導向桿，轉子上下兩側的導向桿分別與錐形管上下兩端的導向管構成滑動連接，從而可確保轉子居中定位，在轉子和錐形管倒圓錐形的工作側壁之間形成均勻的間隙。當測量流體的流量時，被測流體從錐形管下端流入，流體的流動沖擊著轉子，并對它產生一個向上的作用力，這個力的大小隨流體流量大小而變化。當流量足夠大時，所產生的作用力將轉子托起，并使之升高。同時，被測流體流經轉子與錐形管壁間的環形斷面，從上端流出。當被測流體流動時對轉子的作用力，正好等于轉子在流體中的重量時，轉子受力處于平衡狀態而停留在某一高度，轉子通過磁耦合傳遞信號，使指針式流量計中相應的顯示裝置中的指針轉動，刻度盤即可顯示相應的流體流量。

我們知道，流體的流量=流速×流體所經過的橫截面面積，也就是說，錐形管內流體的流量=（轉子所在位置對應的流體流速）×（工作側壁在轉子所在位置的橫截面面積－轉子的橫截面面積），而流體對轉子的作用力和流體的流速相關，因此，當流體的流量變大時，錐形管上相同位置的流體的流速增加，轉子所受的作用力增加而上升，此時與該高度對應的錐形管的截面積變大，而流速則維持不變，從而使轉子所受的作用力不變而保持平衡狀態。由于轉子的橫截面面積是常量，而錐形管工作側壁的橫截面面積和半徑的平方成正比，并且倒圓錐形的錐形管工作側壁的半徑和高度成正比，因此，錐形管工作側壁的橫截面面積和轉子所處的高度的平方成正比。也就是說，轉子的升降值和流量的大小非線性關系。這樣，導致顯示裝置中的指針的轉動角度與流量之間也是非線性關系，相應地，顯示裝置中的刻度盤上的刻度也是非線性遞增的。也就是說，當流量示值逐漸增大時，刻度盤上的刻度線的間隔會逐漸變小變密，從而造成流量示值的讀取困難，進而影響到流量計輸出的流量值精度。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了解決現有的指針式轉子流量計所存在的流量值讀取困難，輸出的流量值精度低的問題，提供一種高精度的指針式轉子流量計，可使顯示裝置的刻度盤的刻度與流量之間保持線性關系，從而使刻度的間隔保持均勻，有利于流量值的準確讀取和輸出。

為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種高精度的指針式轉子流量計，包括錐形管、設置在錐形管內的感應單元，所述錐形管的上下兩端具有和測量管道相對接的端口，錐形管內上下兩端分別設有上導向管和下導向管，所述感應單元包括轉子、設置在轉子上下兩側的上導向桿和下導向桿，所述上導向桿和下導向桿分別插設在上導向管和下導向管內，所述錐形管的內側壁上設有上大下小的工作側壁，所述工作側壁的軸向截面為拋物線。

和現有技術不同的是，本實用新型的工作側壁的軸向截面為拋物線，因此，錐形管工作側壁的高度和半徑的平方成正比，而工作側壁的橫截面面積和半徑的平方成正比，也就是說，工作側壁的橫截面面積和工作側壁的高度成正比，這樣，轉子的升降值和流量的大小成線性關系，進而使顯示裝置中的指針的轉動角度與流量之間也是線性關系。也就是說，刻度盤上的刻度之間的間距可保持均勻一致，從而有利于流量值的準確讀取和輸出。

作為優選，所述錐形管包括中間的錐形基管以及固接在錐形基管上下兩端用于和檢測管路對接的連接法蘭，所述錐形基管的最大壁厚與最小壁厚之比在1-1.1之間。

由于現有技術中的錐形管是通過切削加工方式制成的，因此，錐形管的外側壁成圓柱形，從而使錐形管的壁厚不均勻，既浪費材料，增加重量，同時內孔的切削加工困難，精度不易保證。本實用新型的錐形管包括中間的錐形基管和上下兩端的連接法蘭，因此，錐形基管可用不銹鋼管通過擠壓成型工藝方便地得到拋物線狀的工作側壁，從而使錐形基管的厚度保持基本一致，既有利于錐形管的加工制造，又可減少材料的浪費。

作為優選，錐形基管上端的連接法蘭的上端面以及下端的連接法蘭的下端面上分別設有定位沉孔，在定位沉孔的內側壁上設有環形卡槽，上下兩端的定位沉孔內分別設有圓環形支架，所述上、下導向管分別通過連接支桿一體地連接在對應一側的圓環形支架上，所述定位沉孔的環形卡槽內設有抵壓圓環形支架的孔用擋圈。

由于上、下導向管分別通過連接支桿一體地連接在對應一側的圓環形支架上，因此既方便上、下導向管的制造和安裝，同時便于錐形管內流體的流動。特別是，孔用擋圈可使圓環形支架可靠定位，從而限定上、下導向管的軸向位置，使上、下導向管可起到限定轉子升降行程的作用。

作為優選，所述錐形管的內側壁還包括與工作側壁的小端相連接的圓柱形的等待段、與工作側壁的大端相連接的圓柱形的穩流段，所述等待段的軸向長度與內徑之比在0.17-0.19之間，所述穩流段的軸向長度與內徑之比在0.16-0.18之間。

當錐形管處于空管或流體處于靜止狀態時，轉子處于等待段的下部位置；當錐形管內流量達到最小可測流量時，轉子受到流體的作用力而上升，由于錐形管的內側壁在等待段為圓柱形，因此，轉子的上升并不會減小流體的作用力，轉子會一直上升至拋物線狀的工作側壁部分，從而使顯示裝置的指針轉動，并在刻度盤上顯示出流體的流量。本實用新型通過合理地設置等待段的軸向長度尺寸，可使指針刻度RP點（轉子最低點）與Qmin點（最小測量點）之間的間距增大，從而有利于提高Qmin點測量的分辨率。另外，當流體的流量達到最大測量值時，由于本實用新型設置了較大的穩流段，可避免出現測量臨界拐點，有利于提高測量穩定性。

作為優選，所述工作側壁位于錐形基管的中部，所述錐形基管上位于工作側壁上下兩側的管口內徑相同，工作側壁上端的穩流段通過圓錐形的過渡段與錐形基管上側的管口相連接，工作側壁下端的等待段通過圓錐形的過渡段與錐形基管下側的管口相連接。

由于錐形基管上位于工作側壁上下兩側的管口內徑相同，因此，我們可采用內徑和工作側壁上下兩側的管口內徑相同的不銹鋼管通過擠壓成型的方式加工出中間的工作側壁部分，從而減少材料的浪費，并減少擠壓成型的加工余量。圓錐形的過渡段既有利于提高錐形管的強度，方便其加工，同時可減少錐形管內流體流動時產生的紊流。

作為優選，所述上、下導向桿上分別設有二個相交成90度的徑向通孔，并且二個徑向通孔在軸向上錯位布置，所述徑向通孔內適配有玻璃制成的滑動柱，所述滑動柱伸出徑向通孔的兩端分別設有半球面的接觸端。

由于玻璃制成的滑動柱具有極高的硬度和極小的熱膨脹系數，因此，我們可使上、下導向桿分別與上、下導向管形成間隙較大的配合，降低對加工精度的要求。特別是，兩根滑動柱相交成90度，并且滑動柱的兩端為半球面的接觸端，因而使上、下導向桿在X、Y兩個方向得到可靠定位，進而可確保上、下導向桿與上、下導向管形成均勻的間隙，并且可顯著地減小上、下導向桿與上、下導向管的接觸面積，以避免因溫度的變化而出現卡滯。

作為優選，所述上導向管的上端設有堵頭，所述上導向桿上還設有阻尼環，阻尼環的圓周面上設有螺旋狀的阻尼條。

阻尼條可使上導向桿與上導向套之間形成較小的間隙，這樣，當流體尤其是氣體的流量不穩定而在短時間內快速變化時，由于上導向管的上端設有堵頭，從而使上導向管與上導向桿之間形成類似氣缸的結構，轉子在上下升降浮動時，上導向管內的流體會通過轉子和上導向管之間的細小的間隙向外排出和進入，從而形成一種阻尼作用，以有效地緩解轉子的升降頻率和速度，使顯示的流量值保持穩定。特別是，當流體的流量快速變化從而導致上導向桿在上導向管內升降時，流體會流過上導向管和上導向桿之間的縫隙，此時流體會對螺旋狀的阻尼條產生一個圓周方向的作用力，從而使上導向桿連同轉子一起在升降的同時轉動，進而有利于轉子的穩定可靠升降，避免出現卡死現象。

因此，本實用新型具有如下有益效果：可使顯示裝置的刻度盤的刻度與流量之間保持線性關系，從而使刻度的間隔保持均勻，有利于流量值的準確讀取和輸出。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種結構示意圖。

圖2是本實用新型的另一種結構示意圖。

圖3是圖2中A處的放大圖。

圖中：1、錐形管 11、連接法蘭 111、端口 112、定位沉孔 12、錐形基管 121、工作側壁 122、等待段 123、穩流段 124、過渡段 2、感應單元 21、轉子 22、上導向桿 221、阻尼環 222、阻尼條 23、下導向桿 3、上導向管 31、圓環形支架 32、徑向支桿 33、滑動柱 331、接觸端 34、堵頭 4、下導向管。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本實用新型做進一步的描述。

如圖1所示，一種高精度的指針式轉子流量計，其需要豎直地安裝在測量管道上，具體包括錐形管1、設置在錐形管內的感應單元2，錐形管的上下兩端具有和測量管道相對接的端口111，錐形管內上下兩端分別豎直地設置上導向管3和下導向管4，錐形管的內側壁上設置上大下小的工作側壁121，并且工作側壁的軸向截面為拋物線。感應單元包括轉子21、設置在轉子上下兩側的上導向桿22和下導向桿23，上導向桿插設在上導向管內，下導向桿則插設在下導向管內。當然，我們還需要在錐形管的外面設置相應的磁感應元件以及指針式或數字式的流量顯示裝置。當錐形管內的流體作用在轉子上，使轉子停留在錐形管的某個高度位置，磁感應元件感應到轉子的高度位置，從而輸出相應的電信號，最終在顯示裝置上即可顯示出對應的流量值。由于轉子流量計屬于現有技術，因此，本實施例中對磁感應元件、顯示裝置等不做具體的描述。

由于工作側壁的軸向截面為拋物線，因此，錐形管工作側壁的高度和工作側壁的半徑的平方成正比，而工作側壁的橫截面面積和半徑的平方成正比，也就是說，工作側壁的橫截面面積和工作側壁的高度成正比，這樣，轉子的升降值和流量的大小即可構成線性關系，進而使顯示裝置中的指針的轉動角度與流量之間也是線性關系。也就是說，刻度盤上的刻度之間的間距可保持均勻一致，從而有利于流量值的準確讀取和輸出。

為了便于錐形管的加工并減少材料的浪費，錐形管包括中間的錐形基管12以及焊接在錐形基管上下兩端用于和檢測管路對接的連接法蘭11，其中的端口分別設置在上下兩端的連接法蘭上。這樣，錐形基管可用不銹鋼管通過擠壓成型工藝方便地得到拋物線狀的工作側壁，從而使錐形基管的最大壁厚與最小壁厚之比保持在1-1.1之間，既有利于錐形管的加工制造，又可減少材料的浪費。此外，工作側壁應位于錐形基管的中部，并且錐形基管上位于工作側壁上下兩側的管口內徑相同。這樣，我們可采用內徑和工作側壁上下兩側的管口內徑相同的不銹鋼管通過擠壓成型的方式加工出中間的工作側壁部分，從而減少材料的浪費，并減少擠壓成型的加工量。

為了便于上導向管和下導向管的安裝，我們可在錐形基管上端的連接法蘭的上端面以及下端的連接法蘭的下端面上分別設置定位沉孔112，在定位沉孔的內側壁上設置環形卡槽，上下兩端的定位沉孔內分別設置圓環形支架31，上導向管通過6根在圓周方向均勻分布的徑向支桿32一體地連接在上端的圓環形支架上，下導向管則通過6根在圓周方向均勻分布的徑向支桿一體地連接在下端的圓環形支架上，并在定位沉孔的環形卡槽內設置抵壓圓環形支架的孔用擋圈113，從而使圓環形支架可靠定位，并限定上、下導向管的軸向位置。這樣，在組裝時，我們可先將上導向管通過圓環形支架安裝在錐形管內，并用一個定位沉孔內的孔用擋圈定位。然后將轉子裝入錐形管內，并使上導向桿插入上導向管內。接著將下導向管通過圓環形支架安裝在下端的定位沉孔處，轉子上的下導向桿則進入下導向管內，然后用一個定位沉孔內的孔用擋圈使下導向管上的圓環形支架定位，從而完成組裝。

另外，我們還可在錐形管的內側壁上設置一段與工作側壁的小端相連接的圓柱形的等待段122，同時在錐形管的內側壁上設置一段與工作側壁的大端相連接的圓柱形的穩流段123，等待段的軸向長度（即高度）與等待段的內徑之比在0.17-0.19之間，其優選值為0.18；穩流段的軸向長度（即高度）與穩流段的內徑之比在0.16-0.18之間，其優選值為0.17。這樣，當錐形管處于空管或流體處于靜止狀態時，下導向管使、限定下導向桿的軸向位置，此時的轉子處于等待段的下部位置；當錐形管內流量達到最小可測流量時，轉子受到流體的作用力而上升，由于錐形管的內側壁在等待段為圓柱形，因此，轉子的上升并不會減小流體的作用力，轉子會一直上升至拋物線狀的工作側壁部分，從而使顯示裝置的指針轉動，并在刻度盤上顯示出流體的流量。本實用新型通過合理地設置等待段的軸向長度尺寸，可使指針刻度RP點（轉子最低點）與Qmin點（最小測量點）之間的間距增大，從而有利于提高Qmin點測量的分辨率。另外，當流體的流量達到最大測量值時，由于本實用新型設置了較大的穩流段，可避免出現測量臨界拐點，有利于提高測量穩定性。

另外，工作側壁上端的穩流段可通過圓錐形的過渡段124與錐形基管上側的管口相連接，工作側壁下端的等待段則通過圓錐形的過渡段與錐形基管下側的管口相連接，從而有利于提高錐形管的強度，方便加工，同時可減少錐形管內流體流動時產生的紊流。

為了使轉子能可靠地升降，如圖2、圖3所示，我們還可在上導向桿上設置二個相交成90度的徑向通孔，并且二個徑向通孔在軸向上錯位布置；同樣地，在下導向桿上設置二個相交成90度的徑向通孔，并且二個徑向通孔在軸向上錯位布置。每個徑向通孔內均適配有玻璃制成的滑動柱33，滑動柱的兩端分別伸出徑向通孔，并且滑動柱伸出徑向通孔的兩端分別設置半球面的接觸端331，從而使滑動柱可與上導向管或下導向管的內側壁形成點接觸。當然，我們可使上、下導向桿分別與上、下導向管形成間隙較大的配合，上導向桿上的二根滑動柱可使上導向桿在上導向管內的X、Y兩個方向得到可靠定位，從而使上導向桿與上導向管之間形成均勻的間隙，并減小二者之間的接觸面積，避免流量溫度變化時出現卡死現象。與此同理，下導向桿上的二根滑動柱可使下導向桿在下導向管內的X、Y兩個方向得到可靠定位，從而使下導向桿與下導向管之間形成均勻的間隙，并減小二者之間的接觸面積，避免流體溫度變化時出現卡死現象。

進一步地，我們還可在上導向管的上端設置一個密封的堵頭34，從而使上導向管形成類似氣缸的缸體結構，并且在上導向桿上設置阻尼環221，阻尼環的圓周面上設置螺旋狀的阻尼條222，阻尼條與上導向管之間設置較小的配合間隙，此時的上導向桿即形成上導向管內的活塞桿。當流體尤其是氣體的流量不穩定而在短時間內快速變化使轉子上升時，上導向管內的流體受到擠壓會通過上導向管上的阻尼條和上導向管之間的細小的間隙向外排出，從而形成一種阻尼作用，以有效地緩解轉子的上升頻率和速度，進而使顯示裝置顯示的流量值保持穩定；相類似地，當轉子下降時，上導向管內的流體形成抽真空效應，此時外部的流體會通過上導向管上的阻尼條和上導向管之間的細小的間隙進入上導向管內，從而形成一種阻尼作用，以有效地緩解轉子的下降頻率和速度，進而使顯示裝置顯示的流量值保持穩定。特別是，當上導向桿在上導向管內升降時，流體會流過上導向管和阻尼條之間的縫隙，此時流體會對螺旋狀的阻尼條產生一個圓周方向的作用力，從而使上導向桿連同轉子一起在升降的同時轉動，進而有利于轉子的穩定可靠升降，避免出現卡死現象。