弯管传感器弯径比的三坐标测量方法

　　0　引　言

　　ZWL型智能弯管流量计是一种利用流体惯性离心力原理测量流量的差压式流量计量仪表,它采用标准的90°弯管作为流量传感器。弯管的弯径比是弯管传感器理论模型中唯一的几何特征参量,对测量流速和流量起着重要的作用,是弯管传感器加工制造的主要控制参数。因此,确定一种测量弯管传感器弯径比的科学的测量方法,不仅对确定每一个传感器的特征至关重要,同时,对这种流量计的批量生产和质量控制有特殊的意义[1]。

　　1　弯管传感器的弯径比及其测量方法

    弯管传感器弯径比是指弯管的内径中心线圆弧的曲率半径R和弯管的内径D的比值,弯管中心线剖面图如图1所示。

　　1.1　弯径比的一般测量方法

　　弯径比的一般测量方法有2种,分别为等弦几何测量法和曲率半径规测量法。

　　1. 1. 1　等弦几何测量法

　　如图2所示,弯径比计算公式为：

　　此方法通过测量传感器外圆上的点间距求得弯径比,为避免外径曲率半径与实际内孔中心线曲率半径产生较大的偏差,对弯管的内外圆的圆度、壁厚减薄率等技术参数的准确度等级要求较高。

　　1. 1. 2　曲率半径规测量法

　　如图3所示,弯径比计算公式为：

　　式中　A,C为等直径零级滚珠; r为半径,mm;L为两滚珠外侧间距,mm;h为B点到A,C两滚珠下缘相切的水平面的垂直距离,mm。

　　由于受到曲率半径规本身尺寸大小和重量的限制,这种方法一般只用于中小管径弯径比的测量,并且,曲率半径规并不具有通用性,某一曲率半径规只适用于特定管径的弯管传感器弯径比的测量。

　　1.2　三坐标测量方法

　　三坐标测量机(CMM)是一种集机、电、算为一体的精密测量仪器,可用于各种几何元素的三维测量。它是将各种几何元素的测量转化为这些几何元素上一些点集坐标位置的测量,在测得这些点的坐标位置后,再由软件按一定的评定准则算出这些几何元素的尺寸、形状、相对位置等。这一工作原理使三坐标测量机具有很大的通用性与柔性[2]。

　　本文提出了弯管传感器弯径比的三坐标测量方法。该方法是用三坐标测量机对弯管传感器的内孔直接测量,获取内孔的三维数据,建立内孔的数学模型,通过MATLAB语言编写求解弯径比的计算软件。由于这种方法是直接将测头伸入弯管内进行测量,是一种直接测量方法,不需要对弯管的内外圆进行测量,因此,对弯管的内外圆的圆度、壁厚减薄率等技术参数的准确度等级不做要求,从而降低了制造成本。

　　2　基本原理

　　2.1　建立数学模型