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耐高压双向椭圆齿轮流量计的结构原理

时间:2017/12/17来源:未知

耐高压双向椭圆齿轮流量计的整体结构:本文所研究的二次仪表应用于本实验室研制的新型耐高压双向椭圆齿轮流量计,其一次装置的整体结构如图2.1和图2.2所示:
图一耐高压双向椭圆齿轮流量计一次装置的结构示意图


图2.1 耐高压双向椭圆齿轮流量计一次装置的结构示意图
图2.2 耐高压双向椭圆齿轮流量计一次装置的结构爆破示意图
图2.2 耐高压双向椭圆齿轮流量计一次装置的结构爆破示意图

  如图2.1、2.2所示,耐高压双向椭圆齿轮流量计的一次装置由上端盖、下端盖、壳体、椭圆齿轮、齿轮轴、磁钢、传感器、螺钉和密封圈等组成。上、下端盖由钢材料制成,壳体由钢材料制成,三者共同构成流量计的计量室。计量室内固定两根不锈钢轴,一对椭圆齿轮绕轴啮合转动。磁钢安装在椭圆齿轮上,随齿轮转动传感器安装在上端盖内,用于检测椭圆齿轮转子的转动信号。
  上、下端盖各由16根紧固螺钉固定于壳体上,故流量计能耐较高的压力上、下端盖与壳体之间使用型密封圈密封,防止流量计的外部泄漏整个流量计的计量室结构为对称结构,从而实现流量的双向测量。
    耐高压双向椭圆齿轮流量计的工作原理为:油液从下端盖的油口((a或b)流入,进入由下端盖、壳体、上端盖三部分组成的计量室。以两根直立的转轴为中心的一对椭圆齿轮啮合转动,将油液从另外一个油口送出。利用磁感应检测原理,将齿轮旋转的速度信号检测出来,转换成电脉冲信号输出。
   这种新型双向耐高压椭圆齿轮流量计结构简单,加工方便,可实现高精度配合。该流量计工作时,椭圆齿轮转子每转一圈,流经流量计的流体体积为 0. 1L,即循环体积为0. 1 L,经实验测试,该流量计能承受31. 5MPa的高压。

耐高压双向椭圆齿轮流量计传感器结构:
   考虑到流量计的耐高压和密封等要求,经过对比和分析,采用磁敏传感器作为检测传感器,图2-3为耐高压双向椭圆齿轮流量计检测传感器的整体结构图:
图2-3传感器整体结构图

图2-3传感器整体结构图
    如上图所示,该传感器结构主要由磁敏传感器、磁钢、磁钢座和隔离片等组成。磁钢为钦铁硼材料,被由非导磁材料制成的磁钢座密封在椭圆齿轮内,磁敏传感器置于上端盖的隔舱内,隔离片采用非导磁材料,焊死在舱口,可有效隔离高压环境,保护磁敏传感器。磁敏传感器的感应距离在6mm以内,埋放在椭圆齿轮内的磁钢需要产生足够强的磁场,同时需保持椭圆齿轮的强度以及隔离片的厚度。在隔离片内添加一块纯铁,同样为定位焊死。使用这种结构能够明显增加通过隔离片的磁感应强度。
    传感器工作原理为:在一只椭圆齿轮的上径向端面的长轴方向上对称地安装两块磁钢,两块磁钢的极向相反;在上端盖内,对应两枚磁钢绕轴旋转形成的圆周位置,安装两个磁敏传感器,这两个传感器的位置与圆心的连线成90°;当椭圆齿轮转子旋转时,转子上的磁钢经过磁敏传感器的敏感区域,传感器感应到磁场变化,输出一列脉冲信号,每增加一个脉冲,就表明有0. 1 L的流体流经流量计。
    由计量室工作原理和磁感应检测原理可知,脉冲信号的频率与流量成正比,通过计量脉冲数便可获得流经液体的流量,可测量的***小流量即为流量计的循环体积0.1L。

耐高压双向椭圆齿轮流量计传感器选用:
    本文中磁敏传感器采用集成霍尔器件,其将霍尔元件与放大电路集成在同一芯片内构成独立器件,体积小,价格便宜,而且带有补偿电路,有助于减小误差和改善稳定性。根据信号输出形式的不同,集成霍尔器件有霍尔线性集成器件和霍尔开关集成器件两种。
    本设计使用的是霍尔开关集成传感器,其由反向电压保护器、电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、施密特触发器和集电极开路输出级组成,能将变化的磁信号转换成开关信号输出。其具体结构框如图2-4所示:
图2-4霍尔开关集成传感器内部结构框图


图2-4霍尔开关集成传感器内部结构框图
    具体型号选用ZH3070系列单输出锁定型霍尔开关集成器件。
   ZH3070系列产品特点为:  
 .灵敏度高;  
 .抗应力;  
 .电压范围宽;
  令可和各种逻辑电路直接接口。
   ZH3070系列的工作极限参数、电特性和磁特性分别如表2-1, 2-2和2-3所不:
极限参数(表2-1):
表2-1  ZH3070系列霍尔传感器极限参数
表2-1  ZH3070系列霍尔传感器极限参数
电特性(表2-2 ):
  表2-2  ZH3070系列霍尔传感器电特性
表2-2  ZH3070系列霍尔传感器电特性

磁特性(表2-3 ):
表2-3  ZH3070系列霍尔传感器磁特性
表2-3  ZH3070系列霍尔传感器磁特性

    ZH3070系列具体选用型号为ZH3172X。由于霍尔开关集成传感器的输出是集电极开门输出,故使用时须在3脚和1脚之间接一个上拉电阻,阻值取为1K欧姆。这样,输出的电脉冲信号的高电平为Vcc,低电平为O。
   图2-5为ZH3172X外观及应用电路图:
图2-5  ZH3172X外观及应用电路图



图2-5  ZH3172X外观及应用电路图

    图2一6,的脉冲信号图2-7表示不同流向时,ZH3172X  每产生一个脉冲,表明有0. 1 L型号霍尔传感器1和2所采集到的流体流经流量计。
   从示波器可以观测,当流向不同时,传感器1和2的输出信号有±90。的相位差:
图2-6油液从a口进入流量计时霍尔传感器采集的脉冲信号

图2-6油液从a口进入流量计时霍尔传感器采集的脉冲信号
图2-7油液从b口进入流量计时霍尔传感器采集的脉冲信号


小结:
 1,分析了新型耐高压双向椭圆齿轮流量计的整体结构,概述了其具体工作原理;  
 2,分析了耐高压双向椭圆齿轮流量计传感器结构组成和工作原理;  
 3,对耐高压双向椭圆齿轮流量计的传感器检测元件进行了选型,先容了其性能参数和工作特性。

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