圆柱齿轮流量计的特性及应用

　　1　引言

　　在工业生产过程和科学实验中的某些领域,例如,对液压元件和液压系统工作特性的测试过程中,往往需要在高压条件下对液压的流量进行精确的测量,以保证其工作特性测试的准确性。对于高压(可达35MPa)液流的流量测量,目前普遍采用的是涡轮流量计。影响涡轮流量计测量精度的主要因素是仪表常数,而涡轮流量计仪表常数与使用条件密切相关,受被测介质的温度、黏度和密度的影响很大。一般涡轮流量计出厂检验时,采用在常温下用水来校准的方法,并同时测出仪表常数。但是,在液压元件和系统的试验中,按应用场合、试验目的的不同,液体的黏度和试验的温度都是不同的,为了保证测量的准确性,在实际使用过程中不能直接援引生产厂商所提供的涡轮流量计仪表常数,而是必须根据具体使用情况重新校准仪表常数,这使得涡轮流量计在现场的应用非常不方便[1][2]。

　　为解决涡轮流量计应用的局限性,采用基于齿轮马达容积变化原理工作的新型圆柱齿轮流量计,则具有耐高压、精度高、抗污染能力强和受介质温度、黏度变化影响小的显著优点。

　　2　流量计的测量原理

　　2·1　结构原理

　　圆柱齿轮流量计是基于齿轮马达容积变化原理工作的定排量流量计。两个几何尺寸完全相同并相互啮合的圆柱齿轮封闭在壳体中,在液体压差的作用下推动两齿轮连续旋转,如图1a所示;啮合旋转的两个齿轮不断把充满齿间的液体沿壳体内环从进口侧带到出口侧,如图1b所示。若齿轮参数为:模数m,分度圆直径d,齿宽B,齿数Z,并且齿间体积与轮齿的体积相等,则齿轮每转一周流量计所排出的液体体积,即它的排量为

　　2·2　信号检测原理

　　齿轮均采用强导磁材料制成,每一个齿轮由一个磁电感应传感器来检测其转速,测量原理如图2a所示。在齿轮啮合旋转过程时,当磁电感应传感器的极靴对准齿顶时,间隙小、磁阻小、磁通强;当极靴对准齿间时,间隙大、磁阻大、磁通弱。这样,齿轮的齿顶和齿间对磁头的交替作用,引起检测磁路磁阻产生周期性的变化,使线圈里的感应电势随着产生周期性的变化,从而产生周期性的频率信号,该信号经前置放大、滤波、整形后,即可得到周期性的方波信号,如图2b所示。分别检测两个齿轮转速的磁电传感器,其安装位置的设计是使它们输出的方波信号相差一个90°的相位角,据此可判定液体的流动方向;采用对两个齿轮转速进行检测并求平均的方法,可有效提高齿轮转速检测的准确度。

　　由于该方波信号的频率与齿轮的转速成正比,也就是与被测液体的流量成正比,因此,测量单位时间输出的脉冲数,即可求出通过流量计的体积流量。