异型腔流量传感器

　　在现有的各类流量计中，属于传统流量计的容积式流量计一般被认为是计量精度较高的一类流量计^[1].除计量精度高以外，容积式流量计还具有适合于高黏度液体计量、流量范围度宽、管道安装条件不影响计量精度等优点.同时，现有的容积式流量计，如腰轮流量计、椭圆齿轮流量计、刮板式流量计等，有构造复杂、体积大、可测介质限制性较强、动件易磨损、安全性差(转子容易被卡阻)、易产生噪声等缺点^[1-2]，因此其实际应用有很大的局限性.

　　从发展趋势来看，科氏质量流量计、超声波流量计、电磁流量计等一些新型流量计的研究和应用越来越受到人们的重视.但是，由于流体流量计量的多样性和复杂性，目前还没有一种流量计能够满足所有领域的流量计量要求.实际情况是，每一种流计都由于自身的特点而有一定的适用范围，容积式流量计也是如此，并且在许多应用中，容积式流量计具有独特的优势^[3-4].根据有关分析，容积式流量计将会继续得到长期使用[5].因此，通过改进设计，克服现有容积式流量计的缺点，是有实际意义的.

　　本文介绍一种新型容积式流量传感器———异型腔流量传感器(profiled　chamber　flow　sensor，PCF)，其主要特点是：结构简单、易磨损动件能够自动补偿磨损、转子具有一定的防卡阻能力.以PCF的结构为基础，还可以设计另外2类装置，即异型腔计量泵以及具有流量计量能力的异型腔原动机(例如液压马达).PCF有单向计量和双向计量2种设计方案，以下以单向型为主介绍PCF的构造和工作原理.

　　1　异型腔流量传感器的设计

　　1.1　异型腔流量传感器的构造

　　PCF主要由壳体、转子以及2块盖板构成，如图1、2所示.其中2块盖板完全相同，是带有轴承孔(盲孔)的平行平板.以下分别说明壳体和转子的结构.

　　壳体为带有异型弧面内腔、进口、出口、导流槽及压力平衡槽的空心柱体，如图3所示.异型面内腔由大1/4圆弧面AB、1/4椭圆弧面BC、1/4圆弧面CD、转折过渡面DE和限位曲面EA依次衔接构成，其中大1/4圆弧面AB、1/4椭圆弧面BC和小1/4圆弧面CD处于共轴位置，公共轴线为O.大1/4圆弧面AB的半径R与1/4椭圆弧面BC的长半轴a长度相等，即R =a.小1/4圆弧面CD的半径r与1/4椭圆弧面BC的短半轴b长度相等，即r =b.1/4椭圆弧面BC的长轴端点B和短轴端点C分别与大1/4圆弧面AB和小1/4圆弧面CD在端点B和端点C相切，并在切点处形成光滑过渡.

　　限位曲面EA与大1/4圆弧面AB在端点A相切，切点处也形成光滑过渡.限位曲面EA还满足以下条件：过公共轴线O且垂直于公共轴线O的任意直线被限位曲面EA和1/4椭圆弧面BC所截线段ce的长度Lce大于或等于大1/4圆弧面AB和小1/4圆弧面CD的半径之和，即Lce≥R+r.转折过渡面DE与小1/4圆弧面CD在端点D相交，与限位曲面EA在端点E相交，形成由小1/4圆弧面CD到限位曲面EA的阶梯过渡.壳体上的进口开设在限位曲面EA的区域内，出口开设在1/4椭圆弧面BC的区域内.导流槽开设在1/4椭圆弧面BC的区域内，两端刚好与1/4椭圆弧面BC的长轴端点B和短轴端点C对齐，中部与出口连通.压力平衡槽开设在限位曲面EA的区域内，一端与过渡面DE的端点E对齐，另一端与进口连通.壳体的上端面和下端面均为光滑平面，两者相互平行并且垂直于异型面内腔各弧面的公共轴线O.