CN203464984U - 使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体，组合体包括敞口的标准称量容器、倾斜支承弹簧、电子秤、电子秤底座与底阀，每根倾斜支承弹簧较低的一端连接在电子秤底座上，较高的另一端连接在固定机架上，使用倾斜支承弹簧是为了节省弹簧的轴向工作空间。与现有的固定安置的标准称量容器相比，本实用新型在容器内液面升高使得液面到溢流口的距离缩短的同时，由于容器内液面升高也使得容器内液体重量变大，而容器的重量在这里是由弹簧支承的，故容器的位置也相应下移，使容器液面到溢流口的距离能够保持不变，检定液体对标准称量容器的冲击力也就保持不变，因而提高了使用动态法的液体流量计检定装置的检定精度。

Description

使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体

技术领域

本实用新型涉及一种液体流量标准检定装置，尤其涉及液体流量标准检定装置中的标准称量容器。

背景技术

在国民经济各行业中，随着工业生产自动化，管道化的发展，各种形式的流量计量仪表的使用量也越来越大。为了保证流量计所测数据准确可靠，必须定期在流量标准检定装置上对这些流量计进行检定。通常，液体流量计检定装置的液体源常用“水塔法”或“气液容器稳压法”产生。为了综合这两种液体源的优点，在专利“压力容器内含溢流槽的恒压液体源装置”（专利号ZL201110187812.8）中，采用在压力容器内部设置溢流槽以获得恒定的水位，再设置控制装置以获得恒定压力的容器内压缩空气的技术方案。与现有液体流量计检定装置不同的是，在该技术方案中，安装着待检定流量计的试验管段中的检定液体并不直接流入标准称量容器，而是先流入一个常压溢流槽，待该溢流槽吸收掉检定液体中大部分位能和动能的冲击力后，检定液体再以溢流槽溢流的形式流入标准称量容器。由于该溢流已在常压下，因此，检定液体对标准称量容器的冲击力就小多了。这时检定液体的冲击力主要来源于地球吸引力对检定液体溢流做的功，但是，设置常压溢流槽也使得重力对溢流做的功在影响检定精度方面，比检定液体直接流入标准称量容器时相对而言要重要得多。目前，流量标准检定装置的检定流程既可以采用静态法，也可以采用动态法。静态法与动态法相比较，静态法的准确度较高，由于在静态法的检定过程中，需要等待检定液体在容器内进入静止状态后再进行称量，因而可以完全消除检定液体冲击动能的影响。但这也使得静态法的检定过程是断续的，较耗费时间；而动态法的检定过程可以是连续进行的，检定效率高，易于实现自动化，应用前景要广得多。当采用动态法进行检定时，希望在检定液体连续流入标准称量容器，容器内的实际液位逐渐上升的整个检定过程中，检定液体对标准称量容器的冲击力能够是恒定的。这是因为动态法计算的是标准称量容器内实际液位从计时开始液位到计时结束液位时的重力差或压力差，恒定的溢流冲击力所产生的附加重力或附加压力能够在差值运算中被消掉。但实际上在现在的检定过程中，检定液体对标准称量容器的冲击力不是恒定的，而是逐渐减少的，这将影响检定精度。检定液体对标准称量容器的冲击力逐渐减少的原因是，由于容器内液面升高，液面到溢流口的距离缩短，地球吸引力对溢流做功的距离也相应缩短，使得溢流到达液面时的流速减小，溢流冲击力当然也就小了。

发明内容

考虑到在容器内液面升高使得液面到溢流口的距离缩短的同时，容器内液面升高也使得容器内液体重量变大，若这时容器组合体的重量是由弹簧支承的，则能够使容器组合体的空间位置相应下移，使容器液面到溢流口的距离保持不变。若在检定过程中，容器液面到溢流口的距离始终保持不变，则检定液体对标准称量容器的冲击力就是恒定的，该冲击力对容器产生的附加重力也是恒定的，液体流量计检定装置的检定精度就得到了提高。

本实用新型所采用的技术方案如说明书附图中的图1所示：研制的装置是一种使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体，组合体包括敞口的标准称量容器、倾斜支承弹簧、电子秤、电子秤底座与底阀，电子秤设置在电子秤底座上，标准称量容器设置在电子秤上，跟随标准称量容器一起升降的底阀安装在标准称量容器的出水管上，倾斜支承弹簧的数量为两根或两根以上，每根倾斜支承弹簧的轴线与水平面的夹角都是锐角，每根倾斜支承弹簧较低的一端连接在电子秤底座上，较高的另一端连接在固定机架上，倾斜支承弹簧均为圆柱螺旋拉伸弹簧。

本实用新型的有益效果是，与现有的空间位置固定不变的标准称量容器相比，使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体可使检定液体对组合体中标准称量容器的冲击力保持不变，因而提高了使用动态法的液体流量计检定装置的检定精度。

四、附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是倾斜支承弹簧拉伸量与标准称量容器升降高度之间关系的示意图。

图3是以本实用新型作为标准称量容器的液体流量计检定装置的结构示意图。

在图1、图3中：1.标准称量容器，2.倾斜支承弹簧，3.底阀，4.电子秤，5.电子秤底座，6.固定机架，7.出水管，8.常压溢流槽，9.常压贮液槽，10.压力容器，11.压力溢流槽，12.压力贮液槽，13.调节用流量计，14.待检定流量计，15.流量调节阀，16.试验管段，17.工作阀，18.循环泵，19.增压泵，20.止回阀，21.压力贮液槽上下液位开关，22.压缩空气源，23.恒压容器，24.差压变送器，25.正压阀，26.负压阀，27.平衡阀，28.标准压力表。

五、具体实施方式

    在以下内容中，结合附图1、2、3对本实用新型的具体实施方式做了进一步的说明。

在图1中，为使画面简洁，突出装置原理，只使用了两根倾斜支承弹簧2，但从提高标准称量容器1自升降稳定性的角度来看，使用三根以上倾斜支承弹簧2的效果要更好一些。考虑到使用较大长度压缩弹簧作为支承弹簧时，支承弹簧受载后容易发生失稳现象，因此支承弹簧选择拉伸弹簧。同时，该拉伸弹簧应选择有预应力的拉伸弹簧，这是因为当容器内实际液位在计时开始液位时，包括标准称量容器1、底阀3、电子秤4与电子秤底座5的容器组合体已有一定的重量，而有预应力的拉伸弹簧一定要在外加的拉力大于初拉力                                                

后，各圈才开始分离，若设计时使容器组合体的重量与初拉力匹配，则可较无预应力的拉伸弹簧节省支承弹簧轴向的工作空间。从图2可以看出，比起使用垂直支承弹簧，使用倾斜支承弹簧2还可以进一步节省其轴向的工作空间，最终可以在设计时选用更短一些的支承弹簧。在图2中，当标准称量容器1内的实际液位在计时开始液位时，倾斜支承弹簧2的长度为

，点为倾斜支承弹簧2在电子秤底座5上的固定连接点此时的空间位置；而当标准称量容器1内的实际液位在计时结束液位时，由于容器内液体重量增加，倾斜支承弹簧2的长度被拉长为

，电子秤底座5上的固定连接点的空间位置此时也从

下降到

，即标准称量容器1的空间位置也下降了

。由三角形各边间的关系可知，

，或

，即

；上式中，为倾斜支承弹簧2的拉伸长度，

为垂直支承弹簧的拉伸长度（也等于标准称量容器1空间位置的下降高度），故倾斜安置的支承弹簧比垂直安置的支承弹簧更节省弹簧轴向的工作空间。由上述内容可知，垂直安置的支承弹簧只适用于以小容量称量容器检定小量程流量计的场合；对于检定大量程流量计的大容量称量容器，应使用倾斜安置的支承弹簧。假设从计时开始液位到计时结束液位之间的液位高度差为

米，

米高的检定液体重量为

公斤，设计时只要选择在受载

公斤的情况下，几根并列的倾斜支承弹簧2能够拉伸

米。根据图2所示的几何关系，

的计算公式可推导如下：已知在计时开始液位时，倾斜安置的支承弹簧对水平面的夹角为

，则有，

，根据勾股定理，

 ；将上式化简后可得到一个关于

的二次方程式，即

；由此二次方程可得到

的解，即

。

在设计中还应注意以下几点，一是要注意采取那些使底阀3的连接管路和电缆不在电子秤上产生附加力的常用措施；二是在底阀3开启时，标准称量容器1出水管7的泄水量应大于检定液体的最大流量检定点的流量。

在图3中，结合液体流量计标准检定装置的工作过程可将使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体的工作原理介绍如下：图中，液体流量计标准检定装置由压力容器10内的压力溢流槽11与压力贮液槽12、常压溢流槽8、常压贮液槽9、试验管段16、循环泵18、增压泵19以及使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体组成。其中，使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体由标准称量容器1、倾斜支承弹簧2、底阀3、电子秤4、电子秤底座5、出水管7及固定机架6组成。在压力容器10内，充有来自压缩空气源22的压缩空气，容器上部设有一个压力溢流槽11以获得稳定的液位，容器下部设有压力贮液槽12。压力贮液槽12内的液体由循环泵18驱动经循环管注入压力溢流槽11，在工作阀17开启时，这些注入液体的一部分作为恒压液体源输出的检定液体流过试验管段16，最后流至常压溢流槽8；另一部分成为压力溢流槽11的溢流流回压力贮液槽12。压力容器10外部有一个常压贮液槽9，常压贮液槽9内的液体由增压泵19经止回阀20泵入压力贮液槽12。试验管段16包括待检定流量计14、调节用流量计13以及流量调节阀15。

该液体标准检定装置的工作过程如下：事先将待检定流量计14安装在试验管段16上，再将待检定流量计14的几个流量检定点预先输入到工控机（图中未画出）后，整个检定过程就将在工控机的控制下自动进行。工控机在某个流量检定点上，首先开启工作阀17与底阀3，起动循环泵18及增压泵19，然后根据调节用流量计13实测的流量值去调节流量调节阀15的开度，最后使流量稳定在要求的流量检定点上。当流量稳定后，工控机关闭底阀3，标准称量容器1内的液位上升，以电子秤4测量对应着该液位的容器重量。避开底阀3关闭初期重力变化不稳定的时段，选择重力稳定上升的液位变化区间内的两个液位作为计时开始液位与计时结束液位。当标准称量容器1内的液位上升到计时开始液位时，电子秤4测得的重力值为

，式中，

为在计时开始液位时容器对电子秤4产生的重力，

为溢流冲击力（即溢流的动能大小或动量大小）对电子秤4产生的附加重力；此时，有预应力的倾斜支承弹簧2受到的外加拉力等于其初拉力

，液位再继续上升时，倾斜支承弹簧2将被拉长，其与水平面的夹角也从

开始变大，标准称量容器1的空间位置下移。当标准称量容器1内的液位上升到计时结束液位时，电子秤4测得的重力值为

，式中，

为在计时结束液位时容器对电子秤4产生的重力，

为溢流冲击力对电子秤4产生的附加重力；此时，倾斜支承弹簧2被拉长

米，而容器的空间位置下移

米。在上述电子秤4称重过程中，容器的重量包括标准称量容器1、底阀3和出水管7的重量。若计时开始液位与计时结束液位之间的距离也是

米，则在标准称量容器1内液位上升的过程中，容器内液面到溢流口的距离就保持不变，溢流冲击力产生的附加重力也保持不变，即

。前面说过，动态法计算的是标准称量容器1内实际液位从计时开始液位到计时结束液位时的重力差

，而

。由于在的表达式中，溢流冲击力

的影响已被排除，因此，使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体与固定式标准称量容器比较，测量液位重力差

的精度较高。另外，当标准称量容器1内的液位上升到计时开始液位时，标准检定装置开始计时，当标准称量容器1内的液位上升到计时结束液位时，计时结束，从而得到与这两个液位对应的计时时间

。由此，可算得该流量检定点准确的重量流量值，对应的体积流量值

，并以该流量值为标准去比对待检定流量计14对应的输出信号值，进而得到待检定流量计14的测量误差；上式中

为流体密度，

为重力加速度。由于流量标准检定装置实质上是以平均流量代替瞬时流量去检定待检定流量计14流量的，因此在计时时间内，检定液体的流量应当是不变的，这就是流量标准检定装置必须要有一个压力稳定的流体源的原因。在测到计时结束液位后，工控机要重新开启底阀3，为下一次检定做好准备。在按要求完成待检定流量计14在该流量检定点的检定工作后，工控机就自动转向该流量计下一个流量检定点的检定工作，其工作过程同上。

检测及控制压力容器10内气体压力采用以差压变送器24测量压力容器10与恒压容器23 之间压力差的方法。使用前，首先开启正压阀25、负压阀26与平衡阀27，使压力容器10与恒压容器23连通，压缩空气源22向这两个容器充气，当标准压力表28显示恒压容器23内的压力达到设定值时，关闭平衡阀27，使差压变送器24处于测量两个容器压力差的正常工作状态。由于要求标准容器10内的气压在工作过程中基本维持恒定，因此，除了应保证恒压容器23基本无泄漏外，还应对其采取保温和恒温措施，以避免在外界温度有微小变化时产生测量误差。增压泵19为变频调速泵，液位控制装置（图中未画出）可根据压力容器10内的气压高于或低于恒压容器23内气压的情况，减少或增加增压泵19泵入压力贮液槽12的液体量，以使压力容器10内的气相空间增大或缩小，进而维持压力容器10内的气压在设定值上。当压力贮液槽12内的液位高于或低于规定的上下液位限时，压力贮液槽上下液位开关21动作，液位控制装置接收到这个动作信号后，控制压缩空气源22向压力容器10充气或将容器内的多余气体放掉，使压力贮液槽12内的液位重新回到增压泵19可控的范围内。

Claims (2)

1.一种使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体，组合体包括敞口的标准计量容器（1）、倾斜支承弹簧（2）、电子秤（4）、电子秤底座（5）与底阀（3），其特征是：电子秤（4）设置在电子秤底座（5）上，标准称量容器（1）设置在电子秤（4）上，跟随标准称量容器（1）一起升降的底阀（3）安装在标准称量容器（1）的出水管（7）上，倾斜支承弹簧（2）的数量为两根或两根以上，每根倾斜支承弹簧（2）轴线与水平面的夹角都是锐角，每根倾斜支承弹簧（2）较低的一端连接在电子秤底座（5）上，较高的另一端连接在固定机架（6）上。

2.根据权利要求1所述的使用倾斜支承弹簧的自升降式容器组合体，其特征是：倾斜支承弹簧（2）均为圆柱螺旋拉伸弹簧。

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