圆柱齿轮流量计变压修正方法研究_张旭朋.pdf

电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|15科技前瞻圆柱齿轮流量计变压修正方法研究张旭朋上海扬基电子科技有限公司，上海，201611摘要：随着社会发展和计量科学的进步，流量计量的应用越来越广泛。在长期的发展中，计量工作不仅变得越来越快捷和方便，与此同时，还向着高精度的方向延伸。圆柱齿轮流量计属于容积式流量计，在航天、航空、兵器、化工、食品、制药等领域得到了广泛使用。计量精确度作为流量计主要性能参数之一，会受到很多因素的影响。以往对圆柱齿轮流量计变压修正方法研究比较单一，测试数据存在偏差。因此，本文在全过程的基础上，总结了设计制造中的规律及经验，为圆柱齿轮流量计的设计提供了有价值的参考。关键词：圆柱齿轮；流量计；变压修正方法中图分类号:TH814文献标志码:ADOI:10.19772/ki.2096-4455.2023.1.004 0引言流量测量是研究物质量变的科学，其测量对象已不限于传统意义上的管道流体。流量、压力和温度并列为三大检测参数，在工业生产过程、能源计量、环境保护工程等领域得到了广泛的应用1。我国现有流量仪表产品的品种、规格、精确度和可靠性，还无法满足现实的发展需要，超声波流量计的研究与开发还处于起步阶段。圆柱齿轮流量计的出现解决了液压测试领域的重难点。与其他的计量方式进行比较，圆柱齿轮流量计体现了很强的优势。此种方式不仅精度高、重复性好、线性度好，并且可用于高黏度流体的测量，与此同时，还可以实现高压条件下的流量测量。目前，随着“十四五”规划的不断推进，社会对流量计测量精确度有了更高的要求。精确度是外加特性，它是在校验系统中确定的，最终需验证拟合修正方法的有效性。1试验设备1.1流量标准装置流量是液压系统基本的参数之一，在测量其具体数值时，会存在很多困难。机械元件在实际使用中，基本上都会存在磨损的情况，有的时候，还会出现其他的意外情况，如果仅仅考虑压力这一个因素，那么这样的试验方式存在很大的局限性。随着社会的发展，计量的精确度越来越高。流量计在工作过程中存在内泄漏和粘性摩擦，本实验选择了不同流量计结构，分别利用两种方法得到了圆柱齿轮流量计的流量，以改善流量计流量脉动的齿轮设计参数。其最高压力是28MPa，流量范围在0.1580L/min，选择磷酸酯航空液压油为介质，落实变频调速技术，在试验中，要对其进行持续性调节。1.2圆柱齿轮流量计圆柱齿轮流量计是容积式流量计，主要是使用机械测量单元，合理地将流动液体持续性隔离成具有标准容量的体积单元，累计之后从而计算出总体积流量。例如油、脂、溶剂等流量测量。目前，它在航空、航天、化工等领域都具备广泛的应用，并在应用的过程中，展现了自身的优势2。其计量准确度高，一般可达0.5%R。在已有的圆柱齿轮流量计结构设计的基础上，本试验研究流量计在不同压力等物性参数下的测量精确度，分析存在的差异性。本试验将以圆柱齿轮流量计为研究对象，对这些内容实施综合性思考，探究其中存在的影响因素，确定既能使其达到较作者简介：张旭朋，男，汉族，上海，本科，研究方向：仪器仪表、传感器。dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术16|高精确度同时又能使粘性摩擦小的最佳间隙。试验需要的流量范围是161，并且最大的流量是80L/min，具体按照标准化的内容进行落实。2校准试验结果和方法2.1校准试验结果从目前国内市场的需求和现状看，不少技术还处于正在发展的阶段，存在很大的进步空间。经试验，圆柱齿轮流量计需要保证一定的精准度，即常压下准确度等级要达到0.5级。本试验中主要是对几个压力下的仪表系数进行校准。圆柱齿轮流量计属于精密容积式流量仪表，一方面精度较高，另一方面具备量程比宽、耐高压等优势。本试验选择不一样的压力点实施测得相关数据后按照一定的方式进行处理，之后，对相关数据实施了合理分析。在不同的压力下，5MPa下流量计示值误差是0.47%，8MPa下的误差是0.26%，10MPa下的误差是0.49%，12MPa下的误差是0.36%，15MPa下的误差是0.52%，18MPa下的误差是0.51%，20MPa下的误差是0.74%，24MPa下的误差是0.89%，28MPa下的误差是1.28%。从这些试验结果中可以直观地看到，当压力在15MPa以下的时候，流量的误差可以达到0.5级的要求。但是，在压力达到18MPa以上的时候，随着数值的增加，精确度很难满足0.5级的要求。另外还可以发现，在试验中，随着压力增加，不管是端面间隙，还是齿顶间隙和齿容量都会逐渐增加，但是仪表系数会不断减小。随着齿轮模数的增大，流量不均匀系数略微减小，计量精度大幅提高，故以后还需进一步研究圆柱齿轮流量计的计量精度，并要综合考虑多方面因素，从而选择最佳的优化方式3。2.2拟合修正方法2.2.1解耦曲线拟合在实际的试验中，影响因素并非只有压力一个。在试验过程中，主要考虑的因素可以分为以下几个方面：（1）频率F；（2）压力P；（3）温度T；（4）圆柱齿轮流量计的仪表系数K。在试验中，一般情况下，温度的影响较小，因此它对K的影响在这里先不做研究，试验主要研究频率和压力的影响。各频率点拟合曲线系数具体见表1，即固定频率拟合仪表系数和压力之间的关系。表 1仪表系数与压力曲线拟合系数频率/HzKPAPBP83983.56-0.530-0.0230169983.82-0.601-0.0247335982.80-0.796-0.0156670982.12-0.841-0.0271982980.31-0.832-0.03161313977.56-0.444-0.0490在经历了系列的拟合以后，拟合曲线与试验点吻合程度非常高。在拟合点中，优化的程度分别达到了0.968、0.997、0.998、0.999和0.993。Kp函数系数和频率之间存在一定的函数关系，需要进一步通过对应的系统整合关系，找到它们间的关联性，具体见图1。图 1仪表系数与压力拟合曲线 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|17科技前瞻2.2.2二元曲面拟合流量计仪表系数在压力提升之后，也会随之出现一定的变化，呈减逐渐小的趋势。此时，在实施数据换算的时候，可以根据实际情况，通过选择相同液压油压缩系数的方式，探究数据中存在的差异性。以当前的视角进行分析，测量齿轮在圆柱齿轮流量计中属于不可或缺的一部分，其结构参数要在反复的验证中，才可以保证后续设计的合理性。从侧面的视角实施探究，本试验不仅要保证齿轮副运转阻力减小，还要最大限度保证齿轮副运转时的平稳性，为后续的稳定性与重复性奠定良好的基础。仪表系数的曲线拟合是需要通过公式计算的方式来实现的，试验依据此曲线最终分析出仪表系数、频率和压力之间的逻辑关系。结合以上的内容，可以得出K=K0+Af+Bp+Cf2+Dp2+Ef。在经历了相关的计算可以得出最后的数值，K0的结果是983.63，Af的结果是-5.9110-3，Bp的结果是-0.353，Cf的结果是3.3210-6，Dp的结果是-2.7710-2。Ef的结果是-6.0010-4。经过相关的整合之后，可得出关系图，见图2。图 2仪表系数曲面拟合图2.2.3拟合误差评估计算齿容量的设计要结合实际情况，综合考虑相关的指标。测量齿轮在圆柱齿轮流量计中具有十分重要的地位，在反复试验的时候，就要结合实际，按照液体容积式流量计检定规程中的要求，实施误差的计算。只有不断地修正才可以更加精确地确定齿轮的相关内容。实际的试验中，圆柱齿轮流量计的仪表系数K属于所有参数都会影响的因素。在这里，主要探究频率、压力、温度之间的相关联系和耦合。一般情况下，拟合误差的评估需要使用的方式主要可以分为两个类型，第一个类型是解耦曲线拟合，第二个类型是二元曲面拟合。试验使用的为第i个工况点校准给定仪表系数。在试验中，使用解耦曲线拟合方式，工况的误差分布主要是集中在-0.28%-0.27%之间的位置。二元曲面拟合方式的主要误差带分布点集中在-0.35%-0.34%之间的位置。此时可以看到，不管使用哪一种方法，都可以满足允许误差0.5的要求4。2.3关键技术从测量齿轮参数的角度进行分析，增大流量计上、下游压力差使齿轮转速提高，会增加齿容量，但是误差也会随之增加，因此要在流量计体积允许的条件下，尽可能增大齿容量。本试验采用正变位齿轮的方式，提高齿轮啮合的重合度，增强对应的平稳性。相互啮合的齿轮会因发热引起体积膨胀，这会影响测量精度，因此试验中应最大限度减少齿轮副装配引起的误差。流量计壳体与测量齿轮共同组成计量室，壳体设计最为重要的因素是要承受3040MPa的工作压力以及尺寸要满足高精度的数控加工需求。适当加大底座计量腔与测量齿轮的间隙，以使加工较为经济。但是，最终还要综合性考虑这些内容，结合实际情况，探究误差因素，合理确定配合间隙5。从测量齿轮直径或者温度方面探究，一方面要考虑齿轮和壳体的材质，另外一方面还要考虑间隙的问题。圆柱齿轮流量计的装配不仅要满足产品技术指标的需要，还要满足齿轮运转的需求，以最大限度减少摩擦力，保证装配的质量。从圆柱齿轮流量计的上游、下游压力差对线性度的影响考虑，应先保证测量齿轮能正常转动，然后有效降低流量计的压差。由试验数据可以得到，拟合误差评估计算控制在合理的范围之内，科学有效地保证了稳定性。dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术18|综合以上，本文以圆柱齿轮流量计为研究对象，探究压力因素对圆柱齿轮流量计计量精确度的影响，并按照合理的变压修正方法，为圆柱齿轮流量计的设计和使用提供一定的参考。根据以上结果，可以初步得到以下结论。（1）流量变化对仪表系数变化率影响较小。在压力升高仪表系数逐渐减少的过程中，压力修正系数也会存在一定的变化。一般情况下，仪表核心参数基本上很少受压力的影响。（2）装置流体压力在发生改变的时候，仪表的性能参数也会随之发生一定的变化。5MPa、8MPa、10MPa、12MPa、15MPa、18MPa、20MPa、24MPa、28MPa的试验中，得出的误差分别是0.47%、0.26%、0.49%、0.36%、0.52%、0.51%、0.74%、0.89%、1.28%。在不同的压力下，压力在15MPa以下时，误差可以满足标准0.5级的要求。但是，在压力达到18MPa以上的时候，误差的出现就无法满足标准0.5级的要求。（3）在圆柱齿轮流量计的流量不均匀的情况下，对齿轮转子结构进行设计时，要优先选择较大的模数、有利于计量精确度提高的方式。针对解耦曲线拟合和二元曲面拟合这两种方式，具体选择哪种方式还要根据实际需求确定。圆柱齿轮流量计的仪表系数、频率、压力、温度等，都不是单一存在的，都会对试验产生一定的影响，因此还要结合实际，探究其大小，并集合流量计测量误差值，对流量计的实际仪表系数进行确定，从而实现更高的计量精确度。3结论通过相关的试验得出，流量计在不同压力下性能指标会不同。那么，在体积管液压油流量标准装置的配合下，即可根据圆柱齿轮流量计的结果，进行实流校准。试验的过程不仅要保证标准化的需求，也要将试验的影响因素尽可能减少。本试验选择了解耦曲线拟合方法与二元曲面拟合方法对结果实施了拟合。经过系列的理论计算以后，可以发现，误差在标准化的范围之内，也就是0.5级的要求以内，测试结果与原理分析是一致的。这两种方式可以降低变压工况下圆柱齿轮流量计测量误差。参考文献1 唐鑫,朱如鹏,廖梅军,等.第三代航空齿轮钢圆柱齿轮弯曲疲劳强度性能测试分析J.航空动力学报,2021,36(08):1756-1764.2 常旭升,陈刚,张鸿名,等.铝钢双金属构件触变软芯复合锻造成形数值模拟及验证J.特种铸造及有色合金,2021,41(06):760-768.3 吴阳,侯力,罗岚,等.机床误差对圆弧齿线圆柱齿轮齿面误差影响规律的理论研究J.机械工程学报,2020,56(21):100-109.4 邓璐,冀佩佳,宋楠.提高超声波频差法流量测量的精度分析J.新型工业化,2021,11(03):222-223+226.5 赵辉,崔传辉,王优强.不同供油条件下磁流体润滑渐开线直齿圆柱齿轮摩擦性能分析J.燕山大学学报,2021,45(01):11-16.