[发明专利]一种水流量标准装置中的换向器及其换向方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水流量标准装置中的换向器及其换向方法。

背景技术

目前的国内外计量技术机构中，水流量标准装置使用的换向器主要有两种：一是闭式换向器；二是“裤衩”式开式换向器。这两种换向器在一定程度上满足了当前检测、检定中的量值传递要求，但随着液体流量计量技术的发展，上述换向器已不能很好的满足仪表测量精度越来越高的要求，因此在使用中暴露出的问题也越来越多。如闭式换向器的水流扰动问题，在换向器突然进行换向时，水流流速和压强都将发生急剧变化，产生水击波，这种水击波将会沿管道向管道入口传播，因而造成稳定流动状态的水的扰动，进而影响流量计的计量性能。由于上述水流扰动问题是闭式换向器无法克服的严重缺陷，因此该型换向器在水流量标准装置中的使用量越来越少，逐渐被对水流不产生扰动的“裤衩”式开式换向器取代；图1给出了“裤衩”式开式换向器结构组成。图1中，“裤衩”式开式换向器包括换向喷嘴1、第一分流器2、第一换向流道31、第二换向流道32、相互匹配的换向器计时导杆4和光电转换器5。其中，第一分流器2有相邻的第一分流漏斗21和第二分流漏斗22，第一分流漏斗21和第二分流漏斗22的下端分别对应有第一导引管211和第二导引管222；此外，第一导引管211和第二导引管222的下端分别对应地置于第一换向流道31和第二换向流道32中；换向器计时导杆4与第一分流器2固定连接并与光电转换器5相配合产生计时控制信号。由于第一导引管211和第二导引管222、以及第一换向流道31和第二换向流道32的形状酷似“裤衩”，因此具有该种结构的开式换向器被称为“裤衩”式开式换向器。其工作原理及对应的换向流量模型可由图2表示。由图2可以看出该型换向器的工作过程可以分为以下几个阶段：①t₀-t₁₀阶段，在该阶段换向器开始由旁通管向计量罐换入，喷嘴喷出的水流由旁通管逐渐流入计量罐，此时计时器并未计时，该过程流入计量罐的水的累积量用A表示；②t₁₀-t₂₀阶段，在该阶段换向器逐渐完全换入，计时器开始由t₁₀时刻计时，喷嘴喷出水流逐渐完全流入计量罐，该过程流入计量罐的水流累积量用B表示；③t₂₀-t₃₀阶段，在该阶段换向器换向结束，喷嘴喷出的水流完全进入计量罐，计时器接续t₁₀-t₂₀阶段继续进行连续的计时，该过程流入计量罐的水流累积量用G表示；④t₃₀-t₄₀阶段，在该阶段换向器开始由计量罐向旁通管换出，喷嘴喷出的水流由计量罐逐渐流入旁通管，计时器接续t₂₀-t₃₀阶段继续进行连续的计时，该过程流入计量罐的水流累积量用E表示；⑤t₄₀-t₅₀阶段，在该阶段换向器逐渐由计量罐向旁通管完全换出，计时器在时刻t₄₀停止计时，且喷嘴喷出的水流也逐渐完全流入旁通管，该过程流入计量罐的水流累积量用F表示。根据上述分析知道，换向器的整个换向过程可以分为换入/换出两个过程，这两个过程为方向相反的过程，因此换向器换向的整个过程中换入/换出是不同向的。根据换向器的工作过程及计时的开始与结束时刻，可以得到换向器在换入/换出过程中流入计量罐中的水流累积量为Q＝A+B+G+E+F，计时时间段为t₁₀-t₄₀，由此可以得到换向器换向周期内的平均流量为q＝Q/(t₄-t₁)。由于换向器喷嘴部分的流速分布不均匀及换向器换入/换出不同向，导致上述流量并不是换向器换向周期内管道中的实际流量，管道中的实际流量应该为：q₁＝(B+C+G+D+E)/(t₄-t₁)。要使得q＝q₁，必须有：A+B+G+E+F＝B+C+G+D+E，即A+F＝C+D。要满足A+F＝C+D，必须根据流速分布对计时器的脉冲触发位置进行调整。实际上，流量不同时，换向器喷嘴喷出的水流流速分布也不同，如果将脉冲触发位置根据某一流量下的流速分布进行调整并置于一固定位置处，则在该流量下换向器引起的不确定度将会较小，而在其它流量下，流速分布及脉冲触发位置导致换向器引起的不确定度将会大大增加，根据不同流量不断调整脉冲触发位置的方式又不具有可行性，因此这种换向器很难实现A+F＝C+D，所以换向器换入/换出的一个周期内得到的平均流量与实际流量具有较大误差，这就给装置带来较大的不确定度。要想较好的解决开式换向器“换入/换出”不同向带来的不确定度较大问题，比较可行的办法就是使得开式换向器“换入/换出同向”。