光电开关在主动式活塞液体流量标准装置中的应用

　　液体流量标准装置是以液体(如水或油)为试验介质,提供确定准确度流量值的测量设备。所谓的检定/校准,是用流量标准装置去核查流量仪表计量性能的全过程,即对同一流量状态确定流量仪表的显示与流量标准装置对应得出的标准(实际)流量的一致程度,或者在同一流量状态下,流量仪表的某一显示(指示)数值所对应的流量标准装置给出的标准(实际)流量。

　　活塞式流量标准装置可以分为主动式和被动式,主动式是指装置自身带有驱动装置驱动活塞,产生需要的平稳流量,如电机驱动、压缩空气驱动等;被动式是指装置本身不带驱动装置,活塞靠现场流量或液压站提供的动力来驱动。在使用主动式活塞流量标准装置完成检定/校准时,如何准确测量一定时间内流经被校准对象的流体体积是一个很关键的因素:可以定时间测体积,也可以定体积测时间,从而可以选用不同的测量方法。

　　1　主动式活塞液体流量标准装置结构原理

　　图1为主动式活塞液体流量标准装置原理图。该装置采用伺服电机驱动油缸内活塞产生需要的平稳流量,油缸的截面积用标准容器定期标定。整个装置主要由油缸、油箱、电机、控制器、光栅、丝杠、温度传感器、压力传感器、数据采集器、计算机等组成。活塞式液体流量标准装置是通过计算流体介质在一定测量时间内推动活塞排出体积管内流体体积来标定流量计的。要测得这个流体体积值,成熟的方法是采用直线光栅测量:直线光栅和活塞同步运动,用直线光栅测得活塞移动距离,与体积管的横截面积(是一个标定值)相乘,同时经过温度、压力修正之后得到标准体积值。使用光电开关的优点是结构简单,信号容易处理,价格便宜,环境要求低。由于光电开关安装完毕后,光电开关之间的距离是固定的,而缸体截面积也是标定的,所以活塞移动通过光电开关之间的距离,置换出的流体体积是一定的,这个体积可以由上级标准校准得到。可见,流量测量的重复性完全取决光电开关位移测量的重复性,光电开关的重复性可以满足液体流量标准装置不确定度为0·05%的要求。与直线光栅相比,光电开关的价格便宜。下面具体分析光电开关测量位移的可行性。

　　2　光电开关测位移

　　图2为采用光电开关测量体积管位移的简单示图。光电开关通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制。一般情况下,由三部分构成,分别为发送器、接收器和检测电路。按照结构型式,光电开关分为槽式光电开关、漫反射式光电开关、反射式光电开关、对射式光电开关。体积管为金属管时,如果带活塞杆,可以使用槽式光电开关,在活塞杆上固定连接一个金属片,该金属片通过槽式光电开关。如果不带活塞杆,可以使用埋入霍尔芯片的方式,检测金属活塞位置。体积管为玻璃管,且没有活塞杆时,可以使用对射式光纤式光电开关,该光纤式光电开关的安装不要求中心对齐,可以有一定角度。