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          三畅创新研发仪表、助力工业自动化升级

          分析流量计改造成小型化的收益与权衡

          来源: 作者: 发布日期:2020-05-14 08:58:53

           40多年来,Titan Enterprises一直致力于制造更小,更好的流量计,从微型涡轮机和齿轮流量计到非常新的超声波设备,不一而足。与任何产品开发一样,在考虑使流量设备小型化的同时,也要权衡利弊。在本文中,我们着眼于涡轮,椭圆齿轮,超声波和热流量计的注意事项。

           
          A:涡轮流量计
           
                制作非常低流量的高性能涡轮流量计始终是一个挑战。各种各样的物理问题使您无法生产小型设备。通常,径向流涡轮比轴向流涡轮更适合低流量应用。排名不分先后的主要问题包括:
           
                一世。摩擦。静摩擦可定义为防止零件运动的两个表面上的摩擦力,这是非常好个问题。对任何轴承的这种影响将决定涡轮开始旋转的点。对于大型涡轮机,这通常不是问题,因为相对于静摩擦,您可能具有较大的驱动扭矩。在微型设备上,与静摩擦相比,可用驱动扭矩大大降低。仅使轴承自由旋转可能是一个挑战。蓝宝石轴承通常可以克服这一点,但是这些高度抛光的表面的接触面积仍然可以相对较高。点接触提供了非常小的摩擦,这可能与球或圆锥轴承一起使用。问题就变成了轴承负载。单点接触等于无限高的轴承负载,这会缩短轴承寿命。静摩擦本身也将取决于涡轮的质量。
           
                ii。重量。涡轮在流体中的质量不仅影响静摩擦,而且对响应时间也有影响。质量越大,响应时间越慢。具有非常小质量的涡轮机可以具有与正在计量的流体相似的密度,从而使其具有中性浮力。在涡轮直径,叶片宽度/厚度,结构材料和检测方法之间也需要权衡。涡轮机上进入的射流抵消的力矩越大,驱动力就越大。但是,如果质量和旋转阻力较高,则其他非驱动叶片上的阻力也较高。极细的叶片可能很难用光学方法检测到,叶片的宽度被限制为流入流体的直径加上流体中流入流体“扩散”的距离。太窄,
           
                iii。检测系统。无拖曳系统是必不可少的,光学系统是理想的选择,前提是您的流体可以有效地传输光线。它可以是反射性的,或更常见的是某种类型的光束切割装置。将磁性材料添加到涡轮中以实现零阻力感应,磁性或霍尔效应检测器会增加质量,但使流量计能够处理乳浊液等不透明流体。对于这样的应用,在磁性元件,其尺寸和质量之间需要权衡。
           
                iv。流体学。随着流量的降低,更多的液体看起来和行为像糖霜。涡轮机对粘度敏感,因为它们主要是雷诺数装置,对湍流更满意。我们试图用流体技巧来抵消其中的一些影响,例如诱发的次级涡流,其行为类似于“滚子”轴承,从而减少了粘性阻力并扩展了线性流动范围。
           
                v。通用机械师。这是一个包罗万象的部分,很难量化。涡轮直径,射流偏移和尺寸以及涡轮和腔室的厚度与间隙之间存在关系。这些元素之间是微妙的折衷。
           
          B:齿轮流量计。 
           
                在泰坦企业集团,我们选择将椭圆齿轮设计纳入齿轮表产品中,因为对于给定的压差,由于齿轮的流体不对称性而产生的驱动扭矩要大得多。与径向涡轮相比,椭圆齿轮流量计的设计选项中的细微之处较少。椭圆齿轮流量计以正排量原理工作,通过吸入一小包流体并将其从入口侧传输到出口侧而没有任何泄漏。这听起来很容易,但是在齿轮间隙,泄漏,摩擦和流体粘度之间需要权衡。
           
                一个。间隙和泄漏。减小间隙,您可以在大流量范围内非常精确地计量低粘度流体。使其过大,流量计将无法正常工作,直到液体粘度很高。随着椭圆齿轮流量计的尺寸变小,泄漏路径成比例地变大。如果我们使用一个较小的椭圆齿轮流量计,并弄平泄漏路径,则可以将其定义为一条长约60mm的带,由齿轮与腔室之间的间隙确定。我们通常以0.03mm的间隙运行,这将产生1.8mm2的潜在泄漏面积,这相当于直径接近1.5mm的圆孔。如果您将齿轮的各个方向的尺寸减半,泄漏路径将基本上变成一半,因此仍然有将近1mm的孔,以减小齿轮尺寸和效率。
           
                b。摩擦。如果有摩擦,椭圆齿轮流量计将不会启动。如果存在运行摩擦,则线性度将不好。像微型涡轮一样,必须将摩擦保持在非常低水平。但是,椭圆齿轮流量计的选件较少,因为轴承负荷可能很高。这是因为在较高流量下,仪表压力降所引起的负载(仪表工作所必需的)变得有问题。
           
                C。流体粘度。流体粘度是椭圆齿轮流量计性能的基础。大多数人对非润滑性低粘度流体(例如水)不太满意。但是,我们可以通过选择高质量的材料和精密的制造来非常大程度地减少问题。例如,热水的粘度约为0.6厘泊,除非齿轮质量低,摩擦力非常小且间隙紧至可能。粘度的很小增加(通常是润滑)会对椭圆齿轮流量计的效率产生巨大的影响。
           
          C:超声波流量计。 
           
                我们将这一技术领域作为我们当前许多低流量开发的非常佳解决方案的目标。对于上面概述的两种技术,这些系统的纯力学是限制因素。需要将一些能量注入系统以实现较低的流速。由于技术的纯粹物理性,在生产低流量超声设备时还需要解决一些问题。
           
                1.基础物理学。飞行时间超声波仪表之所以起作用,是因为声音在流动时会加速,而在流动时会受到阻碍。实际上,这两个信号传输时间之间的相移是管道中流体速度的两倍。流量越低,在每个方向上的相移或飞行时间就越低。
           
                2.减小孔径。减小管径会加快速度,因此会增加上游信号和下游信号之间的相移。使超声波信号进入这些较小的管道本身就是一个问题。在我们非常低流量的Atrato超声波流量计上,我们将超声波信号注入并接收到直径6mm的孔中,然后在晶体之间的中心部分将管子缩小到1mm的孔中,以加速液体并提高速度。这使我们能够轻松地将流速降至2ml / min。
           
                3.未来的发展。利用我们专利技术的独特功能之一,我们正在研究流量更低的设备。我们可以在角落发送超声波。我们已经成功地对设备进行了原型设计,该设备实际上是直径300mm,直径1mm的管子,但直径为30mm的线圈。这种独特设计的基本物理原理增加了路径长度,从而大大增加了上下信号之间的差异。但是,这种设计也需要权衡。在如此长的紧密孔中,信号会严重衰减,因此信号与背景噪声之比会相应增加。这有效地决定了我们的流量范围和低端流量。当前,随着长度的增加,我们开始失去效率,在低流量测量中也看不到任何下降。
           
          D:热技术流量计。 
           
                这些固有的质量流量设备也随着响应时间的缩短而变得越来越小。根据定义(与上面概述的流量计技术不同),它们只能处理特定的流体,因为每种流体的传热特性都会改变设备的校准。因此,如果不更改校准系数,用于一种液体的流量计设置将无法精确地计量秒。目前,对于同等设备,它们的性能不如我们的超声技术那么精确,但它们的流量却要低得多。
           
          结论:
           
                小型化流量传感器的快速发展为诸如医疗设备之类的应用中以前从未被认为可能的流量测量开辟了道路。

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