CN206269893U - 全闭环活塞式自动化水流量标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全闭环活塞式自动化水流量标定装置，运动部件包括缸体、活塞、减速器、伺服电机、容器底座，缸体内装有活塞，活塞杆通过丝杆连接减速器及伺服电机，被检表检测台及管路包括阀门、被检表支撑座、被检表支撑台、气动夹表器、回水管路，被检表支撑座上面通过被检表支撑台安装气动夹表器，被检表支撑台进水口通过进水管和电动球阀与缸体连接，被检表支撑台的出水口通过直管连接被检表，水塔置于水塔容器支撑脚上端，水塔底部通过出水管和阀门连接被检表支撑台与缸体之间的进水管，水塔顶部通过回水管及阀门连接被检表的出水口，被检表支撑座通过回水管和阀门连接回水箱，伺服电机、电动球阀、阀门分别连接控制系统。

Description

全闭环活塞式自动化水流量标定装置

技术领域

本实用新型涉及一种电磁流量计流量和电磁水表标定装置，尤其是一种自动化水流量标定装置。

背景技术

目前，研制、生产的电磁流量计、电磁水表，是能测量水、液体等介质的流量计量器具，属计量精度很高的电磁流量计、电磁水表，为满足大量的电磁流量计、电磁水表在出厂前均需经过严格测试，标定后才能销售，若有必要，仪表使用后需经过周期检定，以保证其准确度，需要建立一套全闭环活塞式自动化水流量标定装置。

但质量法、标准表流量标准装置，虽然有准确度高的优点，但也存在投资大，建造周期长，检定效率低，维护保养繁复等缺点。由于“全闭环活塞式自动化水流量标定装置”不存在投资比较大、建造周期长、检定效率低的那些缺点，建立同等能力流量标准装置，全闭环活塞式自动化水流量标定装置比之前质量法和标准表法流量装置投资少，建设周期可以缩短，检定效率可提高50%～100%，初步估算一台流量计标定时间可控制在125s（电磁流量计）或者225s（电磁水表），基本都可控制在5min内，而且仪表校验时通过被检仪表的介质流动可不中断。在换表夹表设计考虑到标定的效率，都是采用简洁的固定和定位的方式迅速的更换被检表,且装置的水是循环使用的，符合节能环保的，在我国容积式流量标准装置的基础理论，检定原理，误差估算方法，流量装置，计算机控制和数据处理研制，标准表的性能评定都具有的情况下，依据这个前提设计制造全闭环活塞式自动化水流量标定装置，在国内没有先例。

发明内容

本实用新型是要提供一种全闭环活塞式自动化水流量标定装置，该装置检定效率快、仪表校验时通过被检仪表的介质流动可不中断、被检表夹表方式方便、安装简易、结构紧凑、占地小、维修方便。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种全闭环活塞式自动化水流量标定装置，由运动部件、被检表检测台及管路、储水部件组成，所述运动部件包括缸体、活塞、减速器、伺服电机、容器底座，所述缸体内装有活塞，活塞的活塞杆通过丝杆连接减速器及伺服电机，缸体固定在容器底座上；所述被检表检测台及管路包括阀门、被检表支撑座、被检表支撑台、气动夹表器、回水管路，被检表支撑座上面通过被检表支撑台安装气动夹表器，被检表支撑座的进水口通过进水管和电动球阀与缸体的容腔连接，被检表支撑台的出水口通过直管连接被检表的进水口，储水部件包括水塔、水塔容器支撑脚，水塔置于水塔容器支撑脚上端，水塔底部通过出水管和阀门连接被检表支撑座与缸体之间的进水管，水塔顶部通过回水管及阀门连接被检表的出水口，被检表支撑座通过回水管和阀门连接回水箱，伺服电机、电动球阀、阀门分别连接控制系统。

所述控制系统包括PLC、光栅尺、光栅头、计数器，所述光栅头安装在活塞上，PLC通过光栅头采集活塞在缸体中的移动距离L和动态介质流动的时间t的数据信号，并计算出对应检测的被检表流量Qs和被检表相应的流速v。

所述缸体为整体锻造而成，内孔研磨后单面镀铬厚度为0.05mm。

所述活塞与缸体之间安装有导向环和密封圈。

所述丝杆为NSK高负载驱动滚珠丝杆。

所述气动夹表器通过可伸缩管连接被检表。

本实用新型的有益效果是：

全闭环活塞式自动化水流量标定装置的技术难点主要是控制容器中活塞和丝杆及减速机、电机、伺服电机等设备总体移动距离精度控制在10um左右，可达到水流量标定装置的设计精度要求≤0.1%。全闭环活塞式自动化水流量标定装置优点非常突出：1、检定效率快，基本3-5min可检测完一台表；2、仪表校验时通过被检仪表的介质流动可不中断；3、被检表夹表方式方便，安装简易；4、使用的介质水是循环的，属于节能环保；5、装置结构紧凑，占地小；6、维修方便。

附图说明

图1为本实用新型的全闭环活塞式自动化水流量标定装置结构立体示意图；

图2为本实用新型的全闭环活塞式自动化水流量标定装置的工作原理图；

图3为运动部件中的活塞和活塞杆连接结构示意图；

图4为被检表检测台及管路结构立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，一种全闭环活塞式自动化水流量标定装置，由运动部件1、被检表检测台及管路2、储水部件3组成。

运动部件1包括缸体1-1、活塞1-7、减速器、伺服电机、容器底座1-2，缸体1-1内装有活塞1-7，活塞1-7的活塞杆1-8通过丝杆连接减速器及伺服电机，缸体1-1固定在容器底座1-2上。被检表检测台及管路2包括阀门5、被检表支撑座2-1、被检表支撑台2-2、气动夹表器2-3、回水管路，被检表支撑座2-1上面通过被检表支撑台2-2安装气动夹表器2-3，被检表支撑座2-1的进水口通过进水管和电动球阀4与缸体1-1的容腔连接，被检表支撑座2-1的出水口通过直管连接被检表2-4的进水口，储水部件3包括水塔3-1、水塔容器支撑脚3-2，水塔3-1置于水塔容器支撑脚3-2上端，水塔3-1底部通过出水管和阀门5连接被检表支撑座2-1与缸体1-1之间的进水管，水塔3-1顶部通过回水管及阀门5连接被检表2-4的出水口，被检表支撑座2-1通过回水管和阀门5连接回水箱2-6，伺服电机、电动球阀4、阀门5分别连接控制系统。

控制系统包括PLC、光栅尺、光栅头、计数器。光栅头安装在活塞1-7上，PLC通过光栅头采集活塞1-7在缸体1-1中的移动距离L和动态介质流动的时间t的数据信号，并计算出对应检测的被检表2-4的流量Qs和被检表2-4相应的流速v。

缸体1-1为整体锻造而成，内孔研磨后单面镀铬厚度为0.05mm。活塞1-7与缸体1-1之间安装有导向环和密封圈。丝杆为NSK高负载驱动滚珠丝杆。气动夹表器2-3通过可伸缩管2-5连接被检表2-4。

本实用新型的检测原理：

全闭环活塞式自动化水流量标定装置的检测原理：依靠运动部件，运动部件1包括活塞1-1、活塞杆1-7、龙门上盖1-4，改变缸体1-1的工作容积实现能量转换。参见图1所示,利用在缸体1-1中活塞1-7上下往复运动,通过PLC采集光栅头移动距离L，即活塞1-7在缸体1-1中的的移动距离L和动态介质流动的时间t，可计算对应检测的被检表流量Qs和被检表相应的流速v。

全闭环活塞式自动化水流量标定装置的主要结构：由缸体1-1、活塞1-7、龙门上盖1-4、丝杆，丝杆轴承套座，导轨，轴承套座固定板1-5，电机支撑板1-6，联轴器，减速器，伺服电机，容器底座1-2等部件，被检表检测台及管路3由阀门5，被检表2-4，被检表支撑座2-1，被检表支撑台2-2，气动夹表器2-3，回水管路等组成，储水部件3由水塔3-1、水塔盖3-3、容器支撑脚3-2等组成，参见图1所示。

计算公式如下：

活塞缸体移动的距离：L （单位：m）

缸体的直径：D （单位：m）

时间：t （单位：s）

标准器流量：Qs （单位：m3/h)

被检表流量：Q （单位：m3/h)

被检表直径：d (单位：m）

被检表流速：v （单位：m/s）

误差：error (单位：%）

重复性：ε （单位：%）

标准流量： (单位：m3/h）

误差： （单位：%）

被检表流速： (单位：m/s）

本实用新型的技术要点：

1）关键设备的结构设计和制造

（1）缸体

缸体整体锻造而成，内孔加工难度大，需要研磨后镀铬处理，单面镀铬0.05mm。

（2）运动部件，包含活塞，活塞杆，龙门上盖，固定内六角螺丝等。

车工加工细长杆类零件时很不容易达到技术要求，一个是尺寸公差很难保证，另一个是杆类零件加工后容易弯曲的。往复运动的活塞杆就是这种典型的细长杆类零件，尤其是采用丝杆连接的活塞杆，长径比较大，加工难度较大，出现弯曲杆的可能性随之增高。如果将一根弯曲的活塞杆安装在活塞上，那么活塞杆在往复运动中是跳动的，填料函中的密封环就会随着活塞的跳动而跳动，从而导致气体无法密封而大量外泄。同时，活塞杆的跳动也将引起整台装置的振动，从而使设备无法安全运行。因此，尺寸公差及形位公差完全合格的活塞是装置正常运行的首要条件之一，第二个，活塞需要安装导向环，保证缸体内上下移动的方便，同时也需要安装特殊定制的密封圈，保证活塞与缸体密封，这样就能确保活塞和活塞杆的直线运动。运动部件详见图3。

（3）丝杆

采用NSK高负载驱动用滚珠丝杆，通过采用最大钢球径，增加有效负载钢球数等高负载设计以及负载平衡的均一化等多项技术，可实现滚珠丝杆的高可靠性和高信赖度，而且丝杆和轴承的寿命相当长。

（4）校验测台和夹表器

校测台主要是很方便地装拆被检表用，现采用气动夹表作为仪表的夹紧装置，检验台采用槽钢焊接，气动夹表的力和被检表的力，相互抵消与校验台，校验台的底部固定于地面，因垂直安装被检表，拆表时需要先放管道中的气体，再松开夹表器取表。气动夹表器的主要作用两个，一、夹紧被检表，二、增加一段伸缩管，可检测不同口径不同长度的被检表。校测台和夹表器详见图4。

（5）控制系统：控制系统的作用是保证全闭环活塞式自动化水流量标定装置的自动工作，取得所需要的实验数据，是通过光栅尺、光栅头、伺服电机、计数器等组成程序控制实现系统自动控制作用。软件设计状态参见图2。

本实用新型的工作过程：

（1）初始状态：

活塞位于容器H位置，水箱位于L位置；

阀门V1关，阀门V2关，阀门V3关，阀门V4开，阀门V5开。

（2）开始状态

2.2.1安装被检表F，气缸下行夹紧，对准法兰；

2.2.2 关闭阀门V5，开阀门V3，延时5S，关闭阀门V4。

（3）标定状态

3.1 开阀门V2，活塞下移，流量稳定15s后，按照附录一表格设定对应被检表口径和流量点的标定第一点；

3.2换第2点流量点，待流量稳定15s后，按照附录一表格设定对应被检表口径和流量点的标定第二点；

3.3换第3点流量点，待流量稳定15s后，按照附录一表格设定对应被检表口径和流量点的标定第二点。

（4）结果状态

4.1 关闭阀门V2，阀门V3，开阀门V5，延时1s，开阀门V4，延时5s，指示灯显示绿灯。

4.2 气缸上移，拆下被检表F；

4.3 开阀门V1，活塞上升到容器的H位置。

本实用新型的技术效果：

1、提高了系统的测量精度和稳定性，系统测量精度与计时器精度，缸体的机械加工精度，光栅尺测量精度，伺服电机的相应时间等非对称误差都有关。对于标准容器（缸体），通过光栅尺和伺服电机形成全闭环系统，精度可控制在5um以内，精度可计算为=0.005/1203(活塞在缸体中有效距离）=0.04‰；采用的计数器（PLC自带的)，测量的时基1ms，其精度达到1/15000s，因此计时器的精度=0.67‰，系统误差=0.67‰，1‰的误差不到，可以测量0.2级的流量计。

2、提高操作的自动化水平，操作的自动化水平提高，不但可减轻操作人员的劳动强度，更提高系统的精度和稳定性，减少人为因素影响。调试的时候需要反复测试，完成丝杆运动、阀门开启关闭、被检表气动夹表等动作的准确性，同时系统分手动和自动两方面操作。

3、提高设备的流通能力，设备流通能力与水塔及缸体、管路的局部阻力及沿程阻力都有关系。由于水塔和管路等直径和长度都固定，要提高设备的流通能力，只能从管路的局部阻力出发，减少阀门和弯头的数量。

Claims (6)

1.一种全闭环活塞式自动化水流量标定装置，由运动部件(1)、被检表检测台及管路(2)、储水部件(3)组成，其特征在于：所述运动部件(1)包括缸体(1-1)、活塞(1-7)、减速器、伺服电机、容器底座(1-2)，所述缸体(1-1)内装有活塞(1-7)，活塞(1-7)的活塞杆(1-8)通过丝杆连接减速器及伺服电机，缸体(1-1)固定在容器底座(1-2)上；所述被检表检测台及管路(2)包括阀门(5)、被检表支撑座(2-1)、被检表支撑台(2-2)、气动夹表器(2-3)、回水管路，被检表支撑座(2-1)上面通过被检表支撑台(2-2)安装气动夹表器(2-3)，被检表支撑座(2-1)的进水口通过进水管和电动球阀(4)与缸体(1-1)的容腔连接，被检表支撑台(2-2)的出水口通过直管连接被检表(2-4)的进水口，储水部件(3)包括水塔(3-1)、水塔容器支撑脚(3-2)，水塔(3-1)置于水塔容器支撑脚(3-2)上端，水塔(3-1)底部通过出水管和阀门(5)连接被检表支撑座(2-1)与缸体(1-1)之间的进水管，水塔(3-1)顶部通过回水管及阀门(5)连接被检表(2-4)的出水口，被检表支撑座(2-1)通过回水管和阀门(5)连接回水箱(2-6)，伺服电机、电动球阀(4)、阀门(5)分别连接控制系统。

2.根据权利要求1所述的全闭环活塞式自动化水流量标定装置，其特征在于：所述控制系统包括PLC、光栅尺、光栅头、计数器，所述光栅头安装在活塞(1-7)上，PLC通过光栅头采集活塞(1-7)在缸体(1-1)中的移动距离L和动态介质流动的时间t的数据信号，并计算出对应检测的被检表(2-4)流量Qs和被检表(2-4)相应的流速v。

3.根据权利要求1所述的全闭环活塞式自动化水流量标定装置，其特征在于：所述缸体(1-1)为整体锻造而成，内孔研磨后单面镀铬厚度为0.05mm。

4.根据权利要求1所述的全闭环活塞式自动化水流量标定装置，其特征在于：所述活塞(1-7)与缸体(1-1)之间安装有导向环和密封圈。

5.根据权利要求1所述的全闭环活塞式自动化水流量标定装置，其特征在于：所述丝杆为NSK高负载驱动滚珠丝杆。

6.根据权利要求1所述的全闭环活塞式自动化水流量标定装置，其特征在于：所述气动夹表器(2-3)通过可伸缩管连接被检表。