某流量标准装置换向器设计及性能测试

　　0 引言

　　换向器在某些液体流量标准装置中是不可缺少的核心部件，它的主要作用是使流体介质在称重系统和旁路部分根据需要进行流向转换，同时，换向器也是 影响装置准确度的主要部件。换向器基本要求: 工作时不产生介质飞溅和渗漏现象; 换向器在最大流量换向时所产生的压力波动应不对试验管段内流体产生影响; 换向器的换向时间应足够短，其正反行程的时间差一般不应超过 0. 02 s;如果测量的最短时间为 30 s，则正反行程的时间差一般应不超过 0. 015 s。

　　1 结构设计

　　常用的换向器主要有两种: 闭式换向器和开式换向器。由于本装置需要实现高低温指标，所以采用闭式活塞换向器，换向器动力采用气动。

　　传统气动闭式换向器结构如图 1 所示，由电磁换向阀、气缸及换向器组成，气缸活塞杆与换向器活塞杆相连，通过气缸活塞移动，拖动换向器活塞移动换向。活塞的移动方向通过电磁换向阀控制。 传统气动换向器在安装和使用过程中对换向器活塞杆和气缸活塞杆同轴度要求较高，否则会在使用时出现卡死或阻力过大等现象，影响换向器性能、寿命，严重时会 损坏换向器; 同时，两活塞杆连接容易产生松动变形，影响装置准确度。本装置介质设计变温范围在 -20℃到 120℃之间，在变温过程中难免会出现热胀冷缩现象，反复的变温会影响换向器活塞和缸体结合的密封性。另外，由于活塞体在缸体内往复运动，将会对工作油路 系统产生稳定的扰流现象，影响装置计量准确性。

　　针对以上情况，对换向器结构进行改造，改造后的新型换向器结构如图 2 所示。与老式换向器不同之处是气缸与换向器作为一个整体，共用一个活塞杆。取消换向器活塞，改用两个板式封头，通过两个封头同步开闭，来改变系统内油液的 流向，由于封头与缸体分离，避免了它们之间的摩擦，使换向更迅速; A点左侧活塞杆采用浮动式连接，只起到平衡活塞两端受力的作用，与缸体左侧面结合处并不引入与轴垂直方向的约束，避免了过度约束可能产生的摩擦卡死等现 象; 另外，没有活塞在进油口往复运动，减小了换向过程对系统的扰流现象; 在电磁换向阀后装有流量平衡阀，通过流量平衡阀的调节，可以修正换向器换入换出时间。

　　2 试验测试

　　2. 1 测试条件

　　在新型整体联动式液体换向器设计完成的基础上，特选择口径为40 mm 的换向器在不同状态下进行试验测试，以验证其工作性能。试验条件如表1 所示。

　　2. 2 测试方法

　　采用行程差法进行测试。测试步骤如下: 启动流量装置; 将温度变至要求温度点; 将流量调至所需的流量点，稳定 10 min 后，操作换向器，使换向器换向; 分别记录换入和换出时间。如此重复 10 次用以下公式计算出换向器的不确定度。