设计方法1.结构特点LCB-9800系列不锈钢椭圆齿轮流量计(以下简称流量计),在设计上保留了LCB-9400系列不锈钢椭圆齿轮流量计的精密计量部分??计量腔壳体和椭圆齿轮转子,去掉包括磁力耦合在内的整个机械传动部分,而在椭圆齿轮端面上,以轴心为圆心,由椭圆齿轮结构尺寸确定的R为半径的圆周上埋设偶数枚圆柱形磁体。磁体的磁化方向垂直于椭圆齿轮图8实际工作环境之要求。通用性好,只需对一次仪表传感器进行更换与量程重新标定后即可适合于在港、码头、仓库等工业现场之大物流即时检测使用,具有广泛之应用前景。

在计量腔壳体外采用磁敏电阻进行无触点检测。磁敏电阻安装在该埋设磁体的圆周正上方,磁敏电阻的金属薄膜平面与该圆周的-条切线在同一平面上,并且磁敏电阻在该切线相切点的正上方,以保证流量计工作时每个磁体的磁轴都经过磁敏电阻的金属薄膜平面,准确检测出椭圆齿轮的转速,结构如图1。产生与流量成正比的输出脉冲频率:F=KQ(1)式中,F为输出脉冲的频率;Q为流量;K为仪表系数。K与计量腔结构与埋设磁体数n有如下关系:图1K=nk/q(2)式中,k为每个磁体的脉冲数;q为椭圆齿轮每转-周所排出液体的容积。把式(2)代入式(1)得:F=nkQ/q(3)因为,流量计结构确定后,q为常数。由式(3)可知,F与nk成正比,为了检测结果稳定可靠,我们取k=1,则在同一流量下F与n成正比,n越大,F就越高,分辨力也越高。2.工作原理RCM01型磁敏电阻是由两个完全相同而又互相垂直的金属薄膜电阻条构成,等效与转换电路如图2所示。由RCM01型磁敏电阻的原理可知,磁敏电阻的灵敏度具有方向性,只对与金属薄膜处于同一平面的磁场敏感;而对与金属薄膜垂直的磁场不敏感。因此,可以检测与金属薄膜处于同一平面的磁场,同时又对与金属薄膜相垂直的磁场具有抗干扰能力。根据磁阻效应可知,当磁场方向与金属薄膜电阻条平行时,其电阻值最大,记作Rp;磁场方向与金属薄膜电阻条垂直时,其电阻值最小,记作Rc,Rp>Rc;磁场方向和Ra电阻条之间的角度为θ时,b点的输出电压增量Vb(θ)为。图2式中,R0为无磁场时Ra或Rb的阻值,Ra=Rb;R为外加磁场时,Rp与Rc之差,即R=Rp-Rc。磁敏电阻不仅对磁场方向而且对磁场强度的大小也很敏感,所以导致输出电压增量Vb与磁场强度也很敏感,输出电压增量Vb与磁场强度的关系如图3所示,Hs为饱和磁场强度,当外加磁场强度大于Hs时,Vb不再随磁场强度的增大而增加。此外,在饱和磁场强度Hs以下,会出现磁滞,这是不利的。因此,对于被检测体一定要使用高于磁敏电阻饱和磁场强度的磁体。图3由磁敏电阻的原理可以看出,磁场对磁敏电阻的影响,主要是在金属薄膜平面上的分量,其作用由式(4)决定。由式(4)可以看出,由于R0因磁敏电阻选定后为常量;R也因磁敏电25计量化工技术1998.№12阻选定后,当外加磁场强度一定时,也可以作为常量;电源电压VD是常量;只有θ角度是变量。因此,输出电压的增量Vb(θ)与θ角度有对应关系。在磁敏电阻检测椭圆齿轮的转速时,由一个磁体经过磁敏电阻下方到下一个磁体到达磁敏电阻下方的期间,由于磁体的N和S极互相交错,因此,金属薄膜上的磁场方向正好变化了180°,Vb(θ)也正好变化一个周期。当椭圆齿轮转动-周时,Vb(θ)输出的周波数正好与椭圆齿轮上的磁体数n相等。因此,就能准确地检测出椭圆齿轮的转速和流体的流量。3.设计要点(1)磁敏电阻的安装磁敏电阻能不能得到正确的检测结果,磁敏电阻金属薄膜平面的安装位置和方向是关键。因此,磁敏电阻应严格按结构特点进行安装。(2)磁体结构的设计我们选择圆柱形钐钴永磁体作为埋设磁体,磁化强度M的方向为轴向,对磁场而言,只需分别计算相邻磁体各自影响,然后进行线性迭加。单磁体在磁敏电阻上的磁场强度H1为。式中,R1为磁体到磁敏电阻的距离;r为圆柱形磁体的半径;W为磁体的磁能。多磁体在磁敏电阻上的总磁场,主要讨论磁敏电阻在磁体磁轴上的磁场H2和在两磁轴中间位置的磁场H3。由迭加原理可得。式中,h为磁敏电阻到椭圆齿轮端面的距离。通过式(6)和式(7),选取H1和H2最接近的n值作为埋设磁体的数目。在磁体结构设计时,首先,根据椭圆齿轮所允许埋设的磁体最大长度来确定磁体长度,然后,再根据式(6)确定r。(3)放大和检测电路的设计由于磁敏电阻的输出信号电平比较低,不能直接控制其它电路,并且又要对输出脉冲的占空比能够进行调整,因此需要对信号进行放大整形。此处由MC3140型高输入阻抗集成运算放大器组成的施密特触发器进行放大整形,转换电路如图4a。A1是LM317集成稳压器,实现对磁敏电阻的恒压供电;A2为MC3140型高输入阻抗集成运算放大器,由于输入阻抗高,减小了对磁敏电阻输出信号的影响。调节W1就可以调节A2的失调电压,从而改变了施密特触发器的触发电平V′2,使输出脉冲占空比变化,如图4b。通过以上设计,LCB-9800系列不锈钢椭圆齿轮流量计做到了在Φ60mm的圆周上埋设16个磁体,磁敏电阻与椭圆齿轮端面的距离达15mm之远,仍能得到准确的检测结果。LCB-9800系列流量计,消除了转子的机械传动阻力,减小了压力损失,扩展了微小流量下的应用;并使转子的运转和输出脉冲频率更加平稳,减小了仪表的重复性误差;以及实现了输出脉冲占空比可调,以适应各种二次仪表的要求。由于LCB-9400系列不锈钢椭圆齿轮流量计中转子的转动是靠磁力耦合来传出计量腔的,因此,不能使用导磁的合金轴承;而LCB-9800系列流量计除去了磁力耦合装置,所以,可以采用合金轴承解决耐磨问题。计量腔壳体和椭圆齿轮转子仍然采用美国316不锈钢材料,可以耐强腐蚀性流体。26计量技术1998.№12图4三、实验结果已研制成功的LCB-9800系列不锈钢椭圆齿轮流量计,经在流量检定站实际检测,并在同样条件下和LCB-9400系列不锈钢椭圆齿轮流量计进行比较,其结果如表。由表可知LCB-9800系列不锈钢椭圆齿轮流量计在性能上有了较大的提高。表1流量计性能对比表性能。流量范围。误差±0.2%±0.2%重复性。频率稳定性12.8%2.1%占空比不可调可连续调节轴承材料石墨石墨、硬质合金使用温度。