一种利用拉应力解决膜式燃气表温度补偿的方法与流程

本发明涉及膜式燃气表
技术领域：
，具体为一种利用拉应力解决膜式燃气表温度补偿的方法。
背景技术：
：膜式燃气表因其稳定性好、价格低廉，自被发明至今，仍然是应用最广泛的燃气计量器具，然而其缺点是只计量体积，对于温度没有补偿功能，根据气态方程得知，环境温度每相差3℃，计量误差就相差1％，一天内的变化经常是十几度到二十几度，不同季节更是有四五十度的变化量；以20度为基准，到零下20度，体积就会减少13.6％，因此，可以说没有温度补偿是造成燃气供销差额的主要原因。目前，实施的膜式燃气表温度补偿方案，基本上都是利用双金属片的温度应变作用到传动机构去改变瓣膜行程进而实现温度补偿的。上述补偿方案存在的主要问题是双金属片质量大、热容大，响应性差，例如50克的双金属片每度的热容大约是23焦耳左右，而标准压力下一升燃气1度的热容才是1.57焦耳，加上气体的导热系数小，热惰性大，会导致响应时间过长，测量误差过大；此外，由于双金属质量大，作用在运动构件上会导致长期偏心运转，很容易引发机构件的偏心磨损，缩短燃气表的使用寿命，另外，当减小皮膜摆动幅度时，皮膜自由部分会受气压作用形成圆弧形凸起，而原有的机械式温度补偿机制未考虑皮膜自由部分变形引起的补偿误差，体积变化线性差，也会导致误差偏大。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用拉应力解决膜式燃气表温度补偿的方法，解决了上述
背景技术：
中提出的问题。为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用拉应力解决膜式燃气表温度补偿的方法，包括机芯，所述机芯的前后两侧均安装有摇臂，且摇臂的外侧均设置有夹膜板，所述夹膜板的外侧安装有皮膜，所述皮膜的周围设置有膜片压条，且所述皮膜的另一侧设置有平行板，所述平行板的外部配装有侧盖，所述机芯的侧壁竖向设置有立轴，所述立轴的顶端配合安置有肘节，且肘节的连接端配合连接有连杆，所述连杆共设置有两个，且连杆之间通过变位轴贯穿连接，所述变位轴下方安置有齿轮盘，且齿轮盘的表面一侧偏下位置呈弧状贯通有轨道槽，所述变位轴配合在轨道槽的内部，所述齿轮盘的表面另一侧呈三角形分布有圆心柱、第一绕线柱和第二绕线柱，所述圆心柱与变位轴之间设置有第一弹簧，所述圆心柱、第一绕线柱和第二绕线柱的外围环绕有温度补偿线，所述立轴之间平行线中间位置设置有第一定位柱，且第一定位柱的端部固定有第二弹簧的一端，所述第二弹簧的另一端固定于连接轴上，所述温度补偿线环绕在连接轴的外侧，所述肘节的上部安置有限幅滑块，且限幅滑块的上部设置有传动杆，所述传动杆共设置有两个，且传动杆之间通过连接轴连接，所述限幅滑块的内部设置有第一限幅柱，且第一限幅柱从肘节部分突起，所述立轴的上侧设置有第二限幅柱，且第二限幅柱的垂直下方安置有第三定位柱，所述平行板上对称开设第一限位孔和第二限位孔，所述侧盖的一侧对称开设有第一穿线孔和第二穿线孔，所述皮膜自由端的中线位置布置有环行线，且环行线长边对称位置1/4处设置有牵引固定点，所述平行板上与牵引固定点位置相对应处设置有定位孔，所述定位孔的一侧环绕布置有第四定位柱，所述温度补偿线的远端增加凸轮以实现补偿拟合。可选的，所述摇臂通过夹膜板控制皮膜往复运动以形成气腔，所述摇臂通过机芯侧壁的立轴连接到外部的肘节，肘节连接着连杆，两侧的连杆通过变位轴固定，变位轴下端插入齿轮盘上的轨道槽内，可在轨道槽内滑动。可选的，所述就温度补偿膜式燃气表而言，所述变位轴与圆心柱之间设置第一弹簧，以保持温度恒定时机构运转期间保持最大半径旋转，温度补偿线穿过第一弹簧，一头固定于变位轴上，经圆心柱后拉至第一绕线柱，然后经第二绕线柱再回绕至圆心柱后，根据具体长度选择一端固定，变位轴上端与连杆相连，连杆的两端各连有肘节，肘节另一端下连有立轴，立轴与摇臂配合，实现皮膜的往复运动。可选的，所述该温度补偿的方法中，就温度补偿膜式燃气表而言，一种方式是在气室侧壁增加限幅装置，两侧立轴平行线中间位置设第二定位柱，固定着第二弹簧的一端，第二弹簧的另一端连接着连接轴，温度补偿线绕过连接轴后经上部的后，根据具体长度绕至底部固定，连接轴连接着两侧传动杆，在传动杆下部连接有限幅滑块，限幅滑块在滑块轨道内滑动，限幅滑块为上窄下宽的凹槽，在限幅滑块内部有一从肘节部分突起的第一限幅柱，第一限幅柱可通过在限幅滑块内部的运动从而最终限制摇臂的摆动幅度；所述该温度补偿的方法中，另一种方式是采用双温度补偿线的方式，即在气室侧壁立轴一侧设有第二限幅柱，在第二限幅柱垂直下方设有第三定位柱，其中温度补偿线通过第二限幅柱后，绕至第三定位柱后，再绕至底部固定；上述两种方式均为对称结构，随着温度的变化温度补偿线伸缩或增长，并通过限制肘节摆动范围，使得摇臂摆动幅度变大或变小，从而达到温度补偿的目的。可选的，所述该温度补偿的方法中，就温度补偿膜式燃气表而言，一种方式是在侧盖一侧对称开设第一穿线孔和第二穿线孔，并在平行板上对称开设第一限位孔和第二限位孔，将其中一条温度补偿线的一端固定于侧盖的第一穿线孔上，然后穿过平行板上下的第一限位孔和第二限位孔，最后穿过第二穿线孔后根据长度选择固定点；该温度补偿的方法中，另一种方式是在皮膜自由端的中线位置布置环行线，环行线需采用弹性模量较大、温度线胀系数较小的金属细线，且长边对称位置1/4处设置温度补偿线的牵引固定点，并对应的在平行板上设有定位孔，其中一条温度补偿线从环行线的牵引固定点，经平行板上的定位孔缠绕在第四定位柱上，并根据具体长度选择固定点，以上结构为对称分布。可选的，所述就机械式温度补偿膜式燃气表而言，当减小皮膜摆动幅度时，皮膜自由部分会受气压作用形成圆弧形凸起，可将皮膜自由部分分成两段，分别是l1和l2，其中l2与侧壁支撑面等长，l1为自由膨胀部分，同时也是膨胀部分的弧长；s1为补偿后摇臂减小幅度，整体产生圆弧状凸起，非线性体积变化量为圆弧与其弦构成的面积；根据公式：由此可得，弦下面积为其中，皮膜移动过程中自由部分的长度不变即为弧长l，弦长可由位移量及固定点确定，a为弧线圆心角，r为半径；补偿后的偏差呈现非线性结果；当选择20度与-5度作为振幅调整标准值(3mm)，振幅调整值与体积变化在-25到20范围内补偿后偏差较小，小于1％，近似认为呈线性关系，以聚四氟乙烯(线胀系数为1.1～2.56×10-4/℃)为例，振幅缩小3mm，需1.2米的线长即可满足需要。可选的，所述温度补偿线(以聚四氟乙烯为例)，其响应时间比双金属片，可以缩短30倍以上，极大地提高了计量精度；利用温变产生的拉应力改变摆幅范围，可有效减少温度应力体的体积与热容，极大的缩减响应时间，提高计量精度；气腔内摇臂的幅度线性减小或增大时，可能会出现体积减小或增加非线性问题，采取将齿轮盘上变位轴的旋转半径变为对应曲线的方式进行拟合以修正非线性误差。可选的，所述当气腔内摇臂的幅度线性减小或增大时，可能会出现体积减小或增加非线性问题，采取将限幅滑块斜边变成对应曲线的方式，或将第二限幅柱端部设计成凸轮形状配合直线型限幅壁，进行拟合以修正非线性误差。可选的，所述夹膜板摆动幅度与温度补偿线的伸缩量不是线性关系，但在摆动幅度补偿量不太大时，近似线性关系。可选的，所述该温度补偿方法，均可在温度补偿线的远端增加凸轮并与凸轮进行单点固定，在温度补偿过程中实现补偿线线性变化的非线性转换输出，从而拟合(拟补)回转体积温度补偿摆臂摆幅线性变化而体积变化非线性的问题。本发明提供了一种利用拉应力解决膜式燃气表温度补偿的方法，具备以下有益效果：该利用拉应力解决膜式燃气表温度补偿的方法，采用一种热容小、响应快的材料(以聚四氟乙烯为例)为温度补偿线，其响应时间比双金属片，可以缩短30倍以上，极大地提高了计量精度；此外，考虑到皮膜自由部分变形引起的补偿误差及拟合计算，可以更加精确计量精度；本具体实施方式结构设计合理，安装简单，使用方便，结构运动灵活，定位准确。附图说明图1为本发明膜式燃气表结构示意图；图2为本发明温度补偿非线性偏差计算示意图；图3为本发明采用齿轮盘拉线补偿的结构示意图；图4为本发明采用摆臂摆动限幅补偿的一部分结构示意图；图5为本发明采用摆臂摆动限幅补偿的另一部分结构示意图；图6为本发明采用皮膜限幅补偿的一部分结构示意图；图7为本发明采用皮膜限幅补偿的另一部分结构示意图；图8为本发明通过安装凸轮实现拟合的结构示意图。图中：1、机芯；2、摇臂；3、夹膜板；4、皮膜；5、膜片压条；6、平行板；7、侧盖；8、连杆；9、肘节；10、立轴；11、齿轮盘；12、变位轴；13、轨道槽；14、第一弹簧；15、温度补偿线；16、圆心柱；17、第一绕线柱；18、第二绕线柱；19、第一定位柱；20、第二弹簧；21、滑块轨道；22、第一限幅柱；23、连接轴；24、限幅滑块；25、传动杆；26、第二定位柱；27、第二限幅柱；28、第三定位柱；29、第一穿线孔；30、第一限位孔；31、第二限位孔；32、第二穿线孔；33、环行线；34、牵引固定点；35、定位孔；36、第四定位柱；37、凸轮。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1：如图1所示，一种膜式燃气表温度补偿装置主要由计量装置构成，计量装置由机芯1、计量室及上部的传动装置构成，计量室包括摇臂2、夹膜板3、皮膜4、膜片压条5、平行板6、侧盖7，摇臂2通过夹膜板3，控制皮膜4往复运动以形成气腔，其特征是摇臂2通过气室侧壁的立轴10连接到外部的肘节9，肘节9连接着连杆8，两侧的连杆8通过变位轴12固定，其变位轴12下端插入齿轮盘11上的轨道槽13内，并可在轨道槽13内滑动。当有气体进入时，齿轮盘11的旋转会通过变位轴12带动连杆8、肘节9的运动，并通过立轴10连接的摇臂2带动皮膜4的往复运动实现计量。如图2所示，当减小皮膜4摆动幅度时，皮膜4自由部分会受气压作用形成圆弧形凸起，可将皮膜4自由部分分成2段，分别是l1和l2，其中l2与侧壁支撑面等长，l1为自由膨胀部分，同时也是膨胀部分的弧长；s1为补偿后摇臂2减小幅度，整体产生圆弧状凸起，非线性体积变化量为圆弧与其弦构成的面积。根据公式：由此可得，弦下面积为其中，皮膜4移动过程中自由部分的长度不变即为弧长l，弦长可由位移量及固定点确定，a为弧线圆心角，r为半径。由上述公式可得，皮膜4自由膨胀部分变形引起的补偿误差计算结果如下：温度体积偏差1振幅调整量体积偏差2补偿后偏差200.00％00.00％0.00％15-1.74％0.6-1.17％-0.57％10-3.53％1.2-3.07％-0.46％5-5.39％1.8-5.09％-0.31％0-7.32％2.4-7.18％-0.15％-5-9.32％3-9.32％0.00％-10-11.40％3.6-11.54％0.14％-15-13.56％4.2-13.84％0.28％-20-15.80％4.8-16.23％0.43％-25-18.13％5.4-18.71％0.58％体积偏差1是根据温度变化计算的理论补偿值；体积偏差2是根据振幅调整量计算的实际补偿值；由上表可知，补偿后的偏差呈现非线性结果；当选择20度与-5度作为振幅调整标准值(3mm)，振幅调整值与体积变化在-25到20范围内补偿后偏差较小，小于1％，近似认为呈线性关系。以聚四氟乙烯(线胀系数为1.1～2.56×10-4/℃)为例，振幅缩小3mm，需0.5～1.2米的线长即可满足需要。以聚四氟乙烯作为温度补偿线15，主要是根据其线膨胀系数的衡量；以回转体积为1.2升的膜式燃气表为例，瓣膜的行程缩小3mm，体积调节可以达到18％，相当于45度温差的补偿量，按照40度收缩3mm，长度60～80cm即可满足需要；以聚四氟乙烯(比热容1.05j/g*度)为例，直径1mm，1米不足1克，热容不足1焦耳，较之双金属片，热容降低23倍，如果适当增加表面积，则响应时间还会减小。实验表明，聚四氟乙烯带比双金属片响应时间可以缩短30倍以上，极大地提高了计量精度。实施例2：图3为通过在齿轮盘11上拉线的方式实现温度补偿的结构示意图。如图3所示，其中一种结构是变位轴12下端插入齿轮盘11上的轨道槽13内，并可在轨道槽13内滑动，在变位轴12与圆心柱16之间设置第一弹簧14以保持温度恒定时机构运转期间保持最大半径旋转，温度补偿线15穿过第一弹簧14，一头固定于变位轴12上，经圆心柱16后拉至第一绕线柱17，然后经第二绕线柱18再回绕至圆心柱16后根据固定长度进行固定；变位轴12上端与连杆8相连，连杆8其两端各连有肘节9，肘节9另一端下连有立轴10，立轴10配合与摇臂2，实现皮膜4的往复运动。当燃气表处于低温情况下，温度补偿线15会收缩变形，通过拉应力带动变位轴12向圆心柱16方向移动，再通过连杆8、肘节9、立轴10、摇臂2与皮膜4的几何尺寸约束关系，使得行程变短从而达到温度补偿的目的。当燃气表处于高温情况下，温度补偿线15会扩张变形，并带动变位轴12远离圆心柱16方向，再通过连杆8、肘节9、立轴10、摇臂2与皮膜4的几何尺寸约束关系，使得摇臂2行程变长从而达到温度补偿的目的。气腔内摇臂2的幅度线性减小或增大时，可能会出现体积减小或增加非线性问题，采取将齿轮盘12上变位轴11的旋转半径变为对应曲线的方式进行拟合以修正非线性误差。实施例3：参见图4和图5，为采用摇臂2摆动限幅补偿方案示意图，如图4所示，其中一种结构为在气室侧壁增加限幅装置，在两侧立轴10平行线中间位置设第一定位柱19，固定着第二弹簧20的一端，第二弹簧20的另一端连接着连接轴23，温度补偿线15绕过连接轴23后经上部的第二定位柱26后绕至底部并根据具体长度固定，连接轴23连接着两侧传动杆25，在传动杆25下部连接有限幅滑块24，限幅滑块24为上窄下宽的凹槽，在限幅滑块24内部有一从肘节9部分突起的第一限幅柱22，第一限幅柱22可通过在限幅滑块24内部的运动从而最终限制摇臂2的摆动幅度。当温度补偿线15因温度下降长度缩短时，传动杆25会带动限幅滑块24在滑块轨道21向下移动，导致第一限幅柱22左右摆动幅度变小，摇臂2摆动幅度也变小，回转体积也变小；反之当温度升高时，传动杆25会带动限幅滑块24向上移动，第一限幅柱22摆动幅度变大，摇臂2摆动幅度也变大，回转体积同时变大；采用对称设计，一根温度补偿线15可以同时对两侧摇臂2同时起到限幅作用。根据之前对气腔的分析，当气腔内摇臂2的幅度线性减小或增大时，可能会出现体积减小或增加非线性问题，采取将限幅滑块24斜边变成对应曲线的方式(或将限幅柱端部设计成凸轮形状配合直线型限幅壁)进行拟合以修正非线性误差。如图5所示，另一种结构为采用双温度补偿线的方式，在气室侧壁立轴10一侧设有第二限幅柱27，在第二限幅柱27垂直下方设有第三定位柱28，其中温度补偿线15通过第二限幅柱27后绕至第三定位柱28后绕至底部并根据具体长度固定。上述两种方式均为对称结构。随着温度的变化温度补偿线15伸缩或增长，并通过限制肘节9摆动范围，使得摇臂2摆动幅度变大或变小从而达到温度补偿的目的。随着温度的变化温度补偿线15伸缩或增长，并通过限制肘节9摆动范围，使得摇臂2摆动幅度变大或变小从而达到温度补偿的目的。实施例4：如图6和图7所示，为采用皮膜4限幅方案的温度补偿方式。如图6所示，其中一种是采用皮膜4限幅方式。其中一种结构为在气腔侧壁一侧对称开设第一穿线孔29、第二穿线孔32，并在平行板6上对称开设第一限位孔30、第二限位孔31，将其中一条温度补偿线15的一端固定于气腔侧壁第一穿线孔29上，然后穿过平行板6上下的第一限位孔30和第二限位孔31，最后穿过第二穿线孔32并根据具体长度固定。如图7所示，另一种结构为在皮膜4自由端的中线位置布置环行线33，环行线33需采用弹性模量较大、温度线胀系数较小的金属细线，且长边对称位置1/4处设置牵引固定点34，并对应的在平行板6上的设有定位孔35，其中一条温度补偿线15从环行线33的牵引固定点34经平行板6上的定位孔35缠绕在第四定位柱36上，并根据具体长度选择固定点，以上结构为对称分布。当温度降低时，温度补偿线15收缩后，夹膜板3会因此摆动幅度双向受限，达到补偿目的。需要注意的是夹膜板3摆动幅度与温度补偿线15的伸缩量不是线性关系，但在摆动幅度补偿量不太大时，近似线性关系。实施例5：图8为通过安装凸轮37实现拟合的示意图。以通过在齿轮盘11上安装凸轮37为例，由于温度补偿线15的长度变化跟温度是呈现线性关系的，而膜片的摆动幅度在机构的带动下也与线长的伸缩呈线性关系，但相应的气腔的回转体积补偿变化不是与膜片摆幅线性相关；在温度补偿线15的远端增加凸轮37并与凸轮37进行单点固定，可在温度补偿过程中实现补偿线线性变化的非线性转换输出，从而拟合(拟补)回转体积温度补偿摇臂2摆幅线性变化而体积变化非线性的问题。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12