专利名称：整流式蜗杆流体容积流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流体容积流量计。
传统的流体容积流量计是通过流经仪器被测流体的流动力矩驱动蜗杆旋转，将检测过程中单位时间段内流经仪器的被测流体的量以蜗杆旋转角位移量反映，达到测量流量的目的。所述传统的流体容积流量计存在着测量精度低、全量程内的线性度和性能价格比差等问题。
本实用新型的目的是在于提供一种转矩变换效率、灵敏度和全量程内的线性度高的整流式蜗杆流体容积流量计。
本实用新型由流量传感器和电子电路两部分组成；其特征在于流量传感器壳体(1)内部的一端，有一个圆柱形空腔，空腔内装有一只外表呈筒形的整流罩(11)；整流罩(11)由它外缘的两道圆环形隔圈，即整流罩中隔圈(5)和整流罩下隔圈(14)，将整流罩体支承、固定在壳体圆柱形空腔内，并保持两者几何上的同轴关系；整流罩体外壁与壳体空腔内壁之间的空隙，被整流罩中隔圈分隔成两个环形空间，其中，一个环形空间连接着被检测流体输入接口(2)的是输入环形导流槽(3)；另一个环形空间连接着被检测流体输出接口(13)的是输出环形导流槽(12)；整流罩的圆筒形内腔，就是蜗杆室(20)，蜗杆(6)安装于其内；所述蜗杆芯棒径向圆周上等角距分布着若干螺旋形叶片，称旋叶；各片旋叶在圆周方向的扭角，与轴的高度方向的步距成正比，且外缘切线与蜗杆轴线间的夹角近似于45度；蜗杆通过蜗杆转轴(7)和分别设置在壳体(1)和端盖(19)上的两只轴承(8)，使蜗杆(6)与整流罩的圆筒形内腔即蜗杆室保持几何上的同轴关系；整流罩的内圆与蜗杆旋叶的径向外轮廓之间，为低间隙动配合；在输入环形导流槽与蜗杆室之间的整流罩的圆形筒壁上，分布着若干个与整流罩内圆呈切线方向布置的矩形截面的流体导向槽，谓之输入整流槽(4)；在蜗杆室与输出环形导流槽之间的整流罩的圆形筒壁上，也是分布着若干个与整流罩内圆呈切线方向布置的，但切线延伸方向与输入整流方向相反的流体导向槽，谓之输出整流槽(10)；电子线路部分中单片机外中断输入端口与计数电路相连接，当被检测流体的累计量达预先设定的数值时，单片机端口1或2输出控制信号，控制与其相连接的驱动继电器J1、J2，继电器J1、J2接于相应的泵、阀电路供电回路中；单片机还包括键盘和网络系统联接口。
本实用新型与传统的装置相比有如下效果用整流罩的导向作用，使被测流体的径向与轴向流均以最佳角度推进带多片螺旋叶的蜗杆转动，转矩变换效率高；轴向流对蜗杆产生浮力，减小转动磨擦力矩，灵敏度高；蜗杆轴上的永磁体与固定线圈间的电磁感应作用，产生与蜗杆转速成比例、可调节的阻尼力矩，克服测间隙流时由蜗杆造成的误差，提高线性度；对蜗杆转速进行智能监控和软件算法补偿，使仪器在全量程内均保持高精度。
图面说明
图1是本实用新型所述整流式蜗杆流体容积流量计结构原理图；图2是本实用新型所述整流式蜗杆流体容积流量计的整流罩结构原理图；图3是本实用新型所述整流式蜗杆流体容积流量计的整流罩A-A剖面图；图4是本实用新型所述整流式蜗杆流体容积流量计的整流罩B-B剖面图；图5是本实用新型所述整流式蜗杆流体容积流量计的蜗杆结构原理图；图6是本实用新型所述整流式蜗杆流体容积流量计的计数阻尼及精度调节装置结构示意图；图7是本实用新型所述整流式蜗杆流体容积流量计的运算控制电路结构原理图。
以下结合附图对本实用新型的结构及工作原理详细说明如下1．壳体2．入口接头3．输入环形导流槽4．整流罩输入整流槽5．整流罩中隔圈6．蜗杆7．蜗杆转轴8．轴承9．电路板室10．整流罩输出整流槽 11．整流罩体 12．输出环形导流槽13．输出接头 14．整流罩之下隔圈 15．‘O’型密封圈16．阻尼线圈骨架 17．阻尼线圈 18．环形多极永磁体19．端盖 20．蜗杆室 21．螺杆旋叶22．转轴孔 23．螺杆芯棒 24．磁敏传感器25．可变电阻器流量传感器的结构流量传感器的基本结构如图1所示。在仪器壳体(1)内部的一端，有一个圆柱形空腔，空腔内装有一外表呈圆筒形的整流罩(11)(如图2～4所示)。整流罩由它外缘的两道圆环形隔圈，即整流罩中隔圈(5)和整流罩下隔圈(14)，将整流罩体支承、固定在壳体圆柱形空腔内，并保持两者几何上的同轴关系。整流罩体外壁与壳体空腔内壁之间的空隙，被整流罩中隔圈分隔成两个环形空间，其中，一个环形空间连接着被检测流体输入接口(2)的，是输入环形导流槽(3)；另一个环形空间连接着被检测流体输出接口(13)的是输出环形导流槽(12)。整流罩的圆筒形内腔，就是蜗杆室(20)，蜗杆(6)就安装在蜗杆室内。蜗杆(如图5所示)的结构是在蜗杆芯棒径向圆周上等角距分布着若干螺旋形叶片(旋叶)。各片旋叶在圆周方向的扭角，与轴的高度方向的步距成正比，且外缘切线与蜗杆轴线间的夹角近似于45度。蜗杆通过蜗杆转轴(7)和分别设置在壳体(1)和端盖(19)上的两只轴承(8)，使蜗杆(6)与整流罩的圆筒形内腔(即蜗杆室)保持几何上的同轴关系。而且，整流罩的内圆与蜗杆旋叶的径向外轮廓之间，为低间隙动配合。在输入环形导流槽与蜗杆室之间的这一段整流罩的圆形筒壁上，有规律地分布着若干个与整流罩内圆呈切线方向布置的矩形截面的流体导向槽，谓之输入整流槽(4)(见图3中A-A剖面图)。在蜗杆室与输出环形导流槽之间的这一段整流罩的圆形筒壁上，也是有规律地分布着若干个与整流罩内圆呈切线方向布置的、但其切线延伸方向与输入整流槽方向相反的流体导向槽，谓之输出整流槽(10)。(见图4中B-B剖面图)。
流量传感器的工作原理是当被检测流体经输入接口(2)进入蜗杆室(20)时，首先进入并充盈输入环形导流槽。输入环形导流槽的作用是(一)避免被检测流体流动的冲击惯量直接作用于蜗杆(6)，对流体的冲击惯性力矩起隔离、缓冲作用；(二)为被检测流体均匀地进入蜗杆室(20)起到均流作用。从而，消除了一般流量仪表必须有较长的输入输出直管段才能正常工作而带来的安装上的不便；同时，该仪表的安装(使用)角度，即便是与最佳安装(使用)角度有较大的偏离，其所带来的附加误差也很微小，因此，使用更方便灵活，对环境适应性更强。
输入环形导流槽(3)中的流体，在输入端正压力的推动下，经输入整流槽(4)进入蜗杆室(20)时，输入整流槽对流体的流向起整流(导向)作用，使之产生一个与蜗杆旋叶叶面呈45度方向的推动力矩。从而使流体推进蜗杆转动的力效率最高，蜗杆得到的转矩最大。基于同样的道理，当被检测流体从蜗杆室(20)经输出整流槽(10)、输出环形导流槽(12)向输出接口(13)流动时，其所形成的负压力，拉动蜗杆(6)旋转。由于输出整流槽与输入整流槽在空间上分布方向相反，由它们产生的径向推(拉)作用力，在推动蜗杆转动这一目的上，其力矩方向是一致的，因而，两者的驱动力是迭加的。
蜗杆室(2)内的被检测流体，在从输入端向输出端流动的过程中，其流向是一个轴向流。因蜗杆旋叶是螺旋形扭曲面，当这股轴向流流经蜗杆时，亦驱动蜗杆旋转。
蜗杆旋叶的螺旋方向是预先设定的。由输入整流槽、输出整流槽所形成的径向流对蜗杆旋叶的径向作用力，与轴向流对蜗杆旋叶的轴向作用力，其推动蜗杆转动的方向是一致的，因而，两者驱动力矩是迭加的。
整流罩的内圆与蜗杆旋叶的径向外轮廓之间，为低间隙动配合；每片蜗杆旋叶在蜗杆轴向方向上所形成的扇形投影面，其圆心角的边，与相邻旋叶的扇形投影面的相邻边之间亦为低间隙配合；因此，被检测流体即便是在流速极低的条件下，也很难有点滴流体能够逃逸计量，从而使蜗杆的转动角度与流经仪器被检测流体的容积量精密成正比，这就是容积流量计的结构基础。
由于被检测流体是从蜗杆室下端流进，再从蜗杆室上端流出，流体的轴向流分量在产生转动力矩的同时，还具有将蜗杆向上托起的悬浮力，可大大减小蜗杆转轴与轴承之间因蜗杆重力而产生的转动磨擦力(在量程中段的一定区域内，其重力转动摩擦力矩可为零)，因而，仪器具有更高的灵敏度和重复精度。
电子电路的结构及工作原理电子电路主要由计数和调节电路与运算控制电路组成。
计数和调节电路，有光电电路和电磁电路两种技术方案。电磁电路的结构见图6所示在蜗杆转轴(7)的一端，置有一只环形多极永磁体(18)，它能与蜗杆(6)同轴转动。环形多极永磁体的多组S、N磁极对，呈等角距、相互交替地均布于环形永磁体的圆周上。壳体(1)上与环形多极永磁体的磁极相对处，置有一只由非磁性(或弱软磁性)材料制成的环形的阻尼线圈骨架(16)。骨架上置有若干对阻尼线圈(17)，每只阻尼线圈的轴线均交汇于环形多极永磁体的轴心。当环形多极永磁体随着蜗杆(6)转动时，其周边磁极的磁力线掠过阻尼线圈，与阻尼线圈导线相切割，遂在阻尼线圈内产生一个幅值与蜗杆转速成正比的感应电动势。该感应电动势通过连接导线和可变电阻器(25)构成的闭合回路形成感应电流，从而产生感应磁场。该感应磁场与环形多极永磁体周边磁极磁力线的相互作用力，对蜗杆(6)的转动起阻尼作用。调节可变电阻器(25)的电阻值，即可调整阻尼力的大小。该阻尼力的存在，可防止蜗杆转速过冲和测量间隙流时蜗杆转动惯性而造成的测量误差，以改善量程上、下两端间测量精度的线性度，并对测量精度进行精确微调。在阻尼线圈骨架(16)内侧，还设有一只磁敏传感器(24)。当环形多极永磁体随着蜗杆转动时，其每一组S、N磁极对掠过磁敏传感器时，磁敏传感器就发出一个代表蜗杆旋转一定角度的计数电子脉冲，送运算控制电路处理。
运算控制电路安装在电路板室(9)内，其结构如图7所示。电路的核心部件是一块单片计算机MUC芯片，其内部集成有程序存储器EPROM、特殊功能寄存器SFRS、数据寄存器RAM、算术运算器ALU、逻辑运算器、时序脉冲发生器CLK、计数、定时器TIMER、多重中断电路、复位电路RST、电源监控及干扰保护电路WDT、多口输入输出电路I／O、串行通讯电路UART、总线高速信息传输电路I2C、精密模拟量处理电路等多种功能模块。利用单片计算机MCU芯片中丰富的硬件功能，添加少量外部元件，即可组成一个运算控制电路系统。
电路系统工作流程是来自计数电路的代表蜗杆旋转角度的计数电子脉冲，经由外中断输入端口INT读入单片计算机MCU。单片计算机每读到一个计数电子脉冲，就从程序存储器EPROM数据表中查出一个数据，(这个数据是按照由该被检测流体物理特性，每个计数电子脉冲所代表流体实际的量，事先换算好并储存在程序存储器数据表中的数值)，加到数据寄存器RAM的累计量存储区中去。再由译码程序将累计量翻译成十进制段码，并加上被检测量的量纲提示符，由数码显示屏(LCD)动态地显示出来，直到检测终了。当被检测流体的累计量达到预先设定的数值时，单片计算机可通过端口OUT1或OUT2输出控制信号，驱动继电器J1、J2，控制外部相应的泵、阀等电路，完成相应的伺服动作，并可发出声、光报警等提示信号。使用者还可通过键盘KIB，输入与被检测流体物理特性相关的参数或代码、选择测量量纲、设定控制数量和控制方式、输入单价及计算方法等，使仪器具有多方面的使用适应性。单片计算机还可通过I2C接口，与网络电子计算机系统联接，实施远程控制或数据汇总。或与电子IC卡接口，进行流体自动商品化销售。
任何带有机械转动部件的流量仪表，在它的量程范围的下限值附近，流体转动力矩急剧减小。当其机械转动部件的静惯性力矩和轴与轴承间的机械磨擦力矩之和，与流体转动力矩之比值不容忽视时，其测量误差亦将显著增大。这里，流体转动力矩减小的表现特性是蜗杆转速变慢，计数电子脉冲输出频率降低。本专利技术利用单片计算机计数／定时器TIMER功能，在对计数电子脉冲进行计数运算的同时，还对计数电子脉冲输出频率进行监控。当计数电子脉冲输出频率偏离额定频率一定范围时，遂调用补偿算法程序，并按偏离值的大小，使用不同的算法补偿数值，从而，使仪器在全量程区域内均保持高精度。
权利要求1．一种整流式蜗杆流体容积流量计，它由流量传感器和电子电路两部分组成，其特征在于流量传感器壳体(1)内部的一端，有一个圆柱形空腔，空腔内装有一只外表呈筒形的整流罩(11)；整流罩(11)由它外缘的两道圆环形隔圈，即整流罩中隔圈(5)和整流罩下隔圈(14)，将整流罩体支承、固定在壳体圆柱形空腔内，并保持两者几何上的同轴关系；整流罩体外壁与壳体空腔内壁之间的空隙，被整流罩中隔圈分隔成两个环形空间，其中，一个环形空间连接着被检测流体输入接口(2)的是输入环形导流槽(3)；另一个环形空间连接着被检测流体输出接口(13)的是输出环形导流槽(12)；整流罩的圆筒形内腔，就是蜗杆室(20)，蜗杆(6)安装于其内；所述蜗杆芯棒径向圆周上等角距分布着若干螺旋形叶片，称旋叶；各片旋叶在圆周方向的扭角，与轴的高度方向的步距成正比，且外缘切线与蜗杆轴线间的夹角近似于45度；蜗杆通过蜗杆转轴(7)和分别设置在壳体(1)和端盖(19)上的两只轴承(8)，使蜗杆(6)与整流罩的圆筒形内腔，即蜗杆室保持几何上的同轴关系；整流罩的内圆与蜗杆旋叶的径向外轮廓之间，为低间隙动配合；在输入环形导流槽与蜗杆室之间的整流罩的圆形筒壁上，分布着若干个与整流罩内圆呈切线方向布置的矩形截面的流体导向槽，谓之输入整流槽(4)；在蜗杆室与输出环形导流槽之间的整流罩的圆形筒壁上，也是分布着若干个与整流罩内圆呈切线方向布置的，但切线延伸方向与输入整流方向相反的流体导向槽，谓之输出整流槽(10)；电子线路部分中单片机外中断输入端口与计数电路相连接，当被检测流体的累计量达预先设定的数值时，单片机端口1或2输出控制信号，控制与其相连接的驱动继电器J1、J2，继电器J1、J2接于相应的泵、阀电路供电回路中；单片机还包括键盘和网络系统联接口。
专利摘要一种整流式蜗杆流体容积流量计,包括一个固定于壳体圆柱形空腔内的整流罩,中间隔圈将整流罩外壁与壳体空腔内部之间分隔成输入与输出两个环形导流槽。整流罩的圆筒形内腔是蜗杆室。在环形导流槽与蜗杆室之间的筒壁上,有若干个整流罩内圆呈切线方向布置的矩形截面的流体导向槽。蜗杆结构是在其径向圆周上等角距分布着若干螺旋形叶片。本装置具有转矩变换效率、灵敏度和全量程内的线性度高的优点。
文档编号G01F13/00GK2426975SQ0020973
公开日2001年4月18日 申请日期2000年4月21日 优先权日2000年4月21日
发明者孙劲楼 申请人:孙劲楼