雙流束熱量表的流量測量技術研究
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圖4 導流片改進示意圖
為了進一步改善基表的性能，對葉輪的材料也進行了改進。原設計葉輪材料采用的是PPS，改用尼龍66＋玻璃纖維，改進后葉輪重量減輕，其與軸承間的摩擦阻力相應減小，通過對基表以上綜合改進，基表的始動流量減小，脈沖當量增加明顯。試驗結果表明，始動流量值由原來的16L/h降低為10L/h左右。脈沖當量增大8％左右，大大改善了及表的性能。
為了保證基表間當量脈沖一致，以往基表往往在不同的部位設置調節部件，以調整脈沖當量的大小，為了簡化設計、改善工藝性，本研究在葉輪室頂蓋下面的徑向位置上設置筋條，如圖5所示。通過調整筋條和水流方向之間的夾角β，來改變脈沖當量的大小。實驗表明這一方法對調節基表脈沖當量十分靈敏、有效。該方法與傳統的其它方法相比，具有結構簡單，工藝性好、易于調節的優點。
圖5 調節筋條示意圖
傳統的流量信號采集方案多為有磁式，具有抗干擾能力差，永久性磁鐵退磁和含鐵性雜質易吸附等缺點。本研究采用無磁式傳感器方案，具體電路方案為TMS3723B方案。
TMS3723B是美國德州儀器公司生產的流量芯片，被廣泛應用于歐洲熱量表產品。它的內部有12個控制寄存器和13個數據寄存器，通過向控制寄存器中寫入數據可以實現對采樣頻率、比較器比較電壓、中斷方式、時鐘信號源、電感的開啟和關閉等項目的控制，讀出數據寄存器中的內容可以知道各個電感的狀態、葉輪旋轉圈數、葉輪旋轉方向等信息。
實際在熱量表中使用TMS3723B主要是讀取1/4旋轉寄存器和電感狀態寄存器中的內容。當葉輪旋轉一圈時1/4旋轉寄存器中的數據加4，當1/4旋轉寄存器中的數據讀出后可自動清0。只要定期讀取1/4旋轉寄存器中的內容，就可以計算出在這一時間間隔內的葉輪轉速。電感狀態寄存器中保存當前電感的狀態等信息，通過讀取電感狀態寄存器中的數據可以判斷電感是否存在故障。下面簡要說明一下TMS3723B是如何判斷電感狀態并計數的。
流量傳感器由3個電感線圈構成，它們在旋轉軌道上間隔90度均勻分布，其下部為葉輪，葉輪頂面在半圓區域內涂附了用蒸汽處理過的阻尼材料。
每個電感均和電容組成LC振蕩電路，由TMS3723B定期對LC電路充放電以使LC電路產生逐漸衰減的正弦信號，比較器把衰減的正弦信號轉換成數字脈沖，只要輸入電壓高于設定的內部值,脈沖就將持續高值。
無阻尼振蕩 阻尼振蕩
圖6無阻尼和有阻尼振蕩波形
當葉輪旋轉時，三個電感依次在有阻尼狀態和無阻尼狀態之間切換，TMS3723B判斷各個電感的狀態，寫入相應的狀態寄存器中。每旋轉一圈，TMS3723B內的1／4旋轉計數器加4。微處理器定時讀取TMS3723 中的數據，并根據這些數據計算出流量。
5. 結 論
本研究提出了利用流體力學原理在基表進水口設置導流片來改變水流方向、形成對葉輪有效沖擊的新方法。且通過調整導流片的幾何形狀和尺寸提高了基表檢測精度，降低了始動流量，改善了基表的機加工工藝。提出了在葉輪室頂蓋徑向設置調節筋條、來調整基表脈沖當量的新方法，該方法較其它傳統方法簡便有效。采用美國德州儀器TMS3723B專用流量芯片，保證了基表流量信號的采集準確、可靠。實驗檢測表明，通過以上綜合措施，本研究開發的熱量表基表，整體性能達到國家標準的相關要求，達到國外同類產品的先進水平。
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