利用电磁流量计的容积比对式水表检定系统的设计与制作毕业设计说明书(编辑修改稿)

利用电磁流量计的容积比对式水表检定系统的设计与制作毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

和 同一 装夹 下 多次测量实验上相近，具体跳动为电磁流量计跳动为 ， 样表一跳动为 ， 样表二 跳 动为 ， 样表三 跳动为 ， 样表四 跳动为 ， 样表五 跳动为 ， 样表六 跳动为。 在分界流量一栏中数据可以看出 重新装夹下测量 中电磁流量计的动变大，但是这个变化小于 同一 装夹 下 多次测量的测量数据，具体跳动为电磁流量计跳动为 ， 样表一 跳动为 1， 样表二 跳动为 ， 样表三 跳动为 ， 样表四 跳动为 ， 样表五 跳动为 ， 样福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 6 表六 跳动为 1。 在小流量一栏 实验 数据中可以看出 重新装夹下测量 的电磁流量计的跳动很小，后面各个工位的水表的跳动变大具体为电磁流量计跳动为 ， 样表一 跳动为 ， 样表 二 跳动为 ， 样表三 跳动为 ， 样表四 跳动为 ， 样表五 跳动为 ， 样表六 跳动为。 从数据可以看出，电磁流量和各个型号在大流量下测量还是比分解流量和小流量测量稳定性更好，分界流量下跳动变大，小流量则出现比较异常的跳动数据，总体可以看出对于电磁流量计来说， 重新装夹下测量跳动变化比同一 装夹 下 多次测量更小。 表 22 各种流量 重新装夹下 测量 值 跳动表 型号 流量 电磁流量计 样表一 样表二 样表三 样表四 样表五 样表六 大流量 分界流量 1 1 小流量 大流量 多工位测量 从表 23大流量多工位测量跳动表可以看出，电磁流量计的跳动比较小，控制在 以内，各个型号的水表的跳动也比较小。 从以上的分析可以得出一点结论就是大流量的测量比小流和分界流的测量稳定性好。 但是在大流量下电磁流量计的总体跳动还是无法满足要求，需要找出 影响稳定性的因素，提出改进方案。 表 23 大流量多工位测量 值 跳动表 型号 流量 电磁流量计 样表一 样表二 样表三 样表四 样表五 样表六 第一工位 第二工位 第三工位 第四工位 第五工位 第六工位 影响因素的分析 对于多水表检定平台采用的以 “ 母表” 为基准，测出被测水表的误差从而进行修正，比如当 “母表” 有一个 较 固定的误差时，可以采用抵消法来调整被测水表。 所以 “母表”的误差影响不大， 而 “母表” 的误差跳动 较大 大将导致无法进行 水表 检定，所以需要 将 电磁流量计的误差跳动要控制在 以内。 从上述数据看，所得实验数据跳动不在 以内。 利用电磁流量计的容积比对式水表检定系统的设计与制作 7 但是 公司使用的这个 电磁流量计在 福建省计量科学 研究院检定 满足 要求。 分析影响稳定性的因素 可能原因包括： （ 1） 水流 紊流 的影响 ，尤其在小流量检定时受影响最大，故稳定性较差； （ 2） 实验中开关 阀门 带来的影响 ； （ 3） 电 压 的不稳定带来的影响 ； （ 4） 检定平台 水平度的影响。 针对上述可能的存在的影响因素 公司提出了一些解决方案 ： （ 1） 对于水流的不稳定和开关的影响，因为在检定系统中，采用的反射式脉冲采集来做比对，所取的水流段是在开关开启后水流稳定是的水流段，同时针对这个影响公司还正在做容积比对式水表检定系统和称重式水表检定系统。 （ 2） 对 于电 压造成 的不稳定， 可 采 取的措施包括加一个整流器和采用多点接地。 （ 3） 对水 流管道 增加整流器 ，减少 紊流 带来的影响。 福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 8 第 3 章 换向机构 机械 部分 设计 换向机构 简介 换向机构是整个 利用电磁流量计的容积比对式水表检定系统的 基础 机械 部分，用于实现将气缸的直线运动转换为水管的圆周运动 ，设计中采用间隙法 来 实现直接推动。 气缸 的动作受 单片机控制，在 不同的需要时完成不同动作， 带动换向机构实现水管的两点移动 ，设计中采用单片机控制继电器得 电和 失电 ，继电器连接电磁阀，达到控制电磁阀 的得电和失电，从而控制 气缸 动作。 机械部分的执行元件 确定 机械 部分 执行元件是 指 受 控制器的控制信息 来 完成对 控制 对象的控制作用的元件 ， 它能够 将电能或流体 等 能量 转变成 机械能或其他 形式 的 能量， 根据 控制 要求改变 控制 对象的机械 动作 状态或者 一些 其他状态（如温度、压力等）， 能够 直接作用于 控制 对象， 起到“手”和“脚”的作用 [3]。 在机械生产 系统中， 动力 执行元件 由输入的物质能量 的不同可分为电动 、液压和气动。 电动执行元件 能够将 电能转换成机械能， 经常使用 的 电动执行原件 主要 包括 有电机、电磁制动器、继电器 等， 电动执行元件具有很宽的调速幅度 、 非常的灵敏 、响应快 、 能 长 时间地工作 ， 在 某些特别的情况下 ，还能满足防爆、防腐、耐高温等特殊要求 [3]。 液压执行元件 主要有 油缸 、 马达 等 ，液压执行元件运 动 平稳，可以实现无级调速， 能够传递较大的动力 ，但是需要 一个完整 的供油系统， 还会出现泄漏 ，液压元件 对 精度要求 很 高，价格贵。 气动执行元件 不仅 可以提供较高的动力，且 使用的是 空气无污染 ，能够进行集中的供应和长距离的传输 ，与液压 执行原件和电动执行原件 相比，同条件下功率较小，而且速度不 容易控制，所以多用于 对点位控制 精度不高的 系统 [4]。 换向机构方案确定 水管两点 布局分布 在 公司 现场 测 量得出 实验 数据，计量桶的内桶直径为 220mm,计量桶的边沿距离为30mm，水管 外 径为 26mm，水管转动点到入水口的距离为 600mm，转动点距离计量桶的水平距离为 300mm,水管入水口到计量桶上边缘的距离为 的 中心为20mm，通过这些实测数据和实际情况，得出水管起始两点的 布局分布 图 如图 31。 利用电磁流量计的容积比对式水表检定系统的设计与制作 9 图 31 水管 布局分 布图 从 图 31可以看出 ，水管做圆周运动，在计量桶上方以水管原有位置为中心，水管的布局分布 方案有两种，在计量桶两侧 布局分布。 在 布局分布 的过程中考虑到水管 入水口距离计量桶的上沿壁有 40mm 的距离，水在进入到计量桶的过程中有发散性，为保证水流入到计量桶或直接进入水池的过程中水不会流到计量桶的上沿壁上，同时又要考虑在实验过程中入水口不能离计量桶的内外壁太远而造成在水管移动过程中的误差，所以要保证水管的外壁距离计量桶的内壁或者外壁有一个 8— 10mm 的距离，在移动中水一直在流 出 ，为了减少水管移动中的带来的误差，两个位置要保证距离内外壁的距离是相等的， 图示采用以水管入水口 的运动轨迹与计量桶内壁边和外壁边的交点做圆弧，圆弧的半径为 23mm，在以该圆弧与水管入水口 运动轨迹 交点为水管入水口的位置，水管外径为 26mm,即半径为 13mm,这样就可以保证 8— 10mm 的距离，而不会使水流到计量桶岩壁上。 布局分布 第一方案 这一侧有许多不同流量的水管用于不同流量下的水表检定，空间较小，若需要将换向机构安装在计量桶外侧，即 布局分布 第一方案 的外侧，则会出现空间不足，产生干涉现象。 布局分布 第一方案水 管位置二则正好在水池的上方，当水管入水口处于 布局分布 第一方案 水管位置二，水流进入到水池中，需要采用 衔接水管来将水流引入到福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 10 水池中 ， 衔接水管 设计较为简单。 布局分布 第二 方案 一侧 侧是 在 检定系统外部， 有一个 较大的空间 ，拥有足够的空间来安装换向机构，但是这一侧在水池外部，当水管入水口处于 布局分布 第二方案 水管位置二时，水流进入到水池外部，需要采用一个水管来衔接将水引到水池中，这衔接水管的设计和安装会比较复杂。 连杆推动方案 水管入水口的两点运动轨迹 是一个 圆弧，而气缸的活塞杆运动轨迹为直线，采用连杆机构可以实现 由直线运动变为圆弧运动 [5]。 其原理图如图 32 所示。 图 32 连杆推动原理图 气缸和滑块 采用螺纹固定 ，滑块与连杆直接是通过 转动副 连接，连杆与水管 则需要通过转 动副 来 连接。 气缸 利用活塞杆 的 伸缩带动滑块做直线运动，滑块 带动 连杆 动作，从而带动 水管做圆弧运动，从而实现将直线运动转化为圆弧运动。 如图 33所示，在 布局分布 方案中分析到，在 布局分布 第一方案 的一侧还有许多其他口径的水管，空间不足，无法安装下整个连杆推动机构，故该连杆机构只能在 布局分布 第二 方案 一 侧。 该方案在实验开始前水管处于水管位置二，气缸处于收缩状态，当 需要时给予一个信号控制气缸伸长推动水管入水口到计量桶上方，让水流入到 计量桶内。 采用该方案能够很好的将直线运动轨迹变为圆弧运动轨迹，且安装在 布局分布第二方案 一侧，拥有足够的空间可以放置 机构。 但是该方案机构比较复杂，需要采用两个转动副，转动副要求精度较高，在加工过程中增加了难度；同时水管和连杆 之间 的转动副无法直接在水管上连接，需要从水管焊接一个连接块和连杆组成转动副，而设计要求却不能在水管山焊接；另外对于连杆的长度和气缸的摆放位置计算要求很高，在设计中要求满足水管入水口两个位置距离计量桶内外壁 810mm 距离要求，在连杆和滑块之间的角度也要考虑，太大或者太小都会对整个设计造成很大的影响，角度太小很可能会造成死点，若太大，则对气缸的选型造成很大影响；采用这个方案的安装则较为复杂，需要设计一个 固定方案，固定方案若采用从计量桶伸出固定板块，则需要做一个支点支撑，若直接做一个固定板块则高度很高；在设计中采用气缸直接推动一个方形块，还需要考虑由于滑块和连杆重力造利用电磁流量计的容积比对式水表检定系统的设计与制作 11 成的气缸活塞杆产生弯曲现象，若用一个滑轨，则又增加机构的复杂性；当水管入水口在位置二时，下方不是水池，因此在设计衔接管时也比较复杂。 处于对该设计的基本要求，用于做实验，要满足加工简便，机构简单，精度要求不高，以及经济效益考虑所以该方案不是很合适。 图 33 连杆推动方案 布局分布 图 杠杆推动方案 杠杆推动 方案 采用杠杆原理 ， 通过杠杆的摆动 来实现将直线运动转换为圆弧运动，如图 34所示。 福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 12 图 34 杠杆推动方案 布局分布 图 杠杆 推动方案由于机构的复杂性和空间需要只能在 布局分布第二方案 一侧。 如图 34所示 ， 气缸 推动杠杆的一端，中间采用 转动副 ，另一端与水管连接，杠杆长度取 400mm，靠近水管一侧为 200mm。 该方案较连杆法简便。 但是该方案存在许多 不足。 杠杆沿中心位置的 转动副 进行 圆周运动，在水管一侧，杠杆的圆弧 轨迹和水管运动的圆弧轨迹不一致，布局 分布 第一方案水管位置一 这一侧 地方间隙达到 ，在汽缸一侧 气缸直线运动轨迹于杠杆 端点运动轨迹也不一样，存在较大 间隙，所以在与气缸和水管连接的地方需要采用间隙法，但是较大的间隙就会造成在 运动 过程 中较大的 冲击力，从而损坏部件，减少使用寿命；且在设计安装上要求较高，需要保证杠杆安装在水管转动点和水管两个入水口连线的中心点的连线上这样才可以保证间隙最小，另外气缸的安装则需要保证垂直于杠杆在 水管转动点和水管两个入水口连线的中心点的连线上的安装位置，这给安装增加了难度 ；同时汽缸的固定以及衔接水管的设计会出现和连杆推动法一样的不足 ； 转动副 精度要求高，还要考虑 气缸 固定问题。 从加工，安装，经济等各方面综 合考虑出发，该方案不是很适合。 气缸摆动推动 方案 利用电磁流量计的容积比对式水表检定系统的设计与制作 13 气缸摆动推动 方案 采用的是两个 转动副 来 实现将 气缸的直线运动转变为水管的圆弧运动的，在气缸做伸缩动作时，气缸 依靠 第一 转动副 做小幅度的摆 动，如图 35所示。 图 35 气缸摆动推动方案图 气缸摆动推动 方案 采用 第一 转动副 和 转动副 二来辅助完成直线运动转变为圆弧运动，第一 转动副 固定在气缸的后支座上，使得气缸可以摆动， 转动副 二连接气缸连接件和水管连接件，在水管做圆弧运动时为保证气缸的直线运动二不至于卡死，气缸做小幅度的摆动。 为保证 转动副 一不因气缸及气 缸连接件的重力作用而产生弯矩力，设计中添加 转动副 三，转动副 三 一方面 能够 起到支撑作用，还可进行转动。 转动副 二的 连接设计 如图 36所示。 图 36 转动副 二连接 图 水管外表面为圆表面， 无法直接和连接转动副， 采用一个水管连接件来连接 转动副。 水管与水管连接件为保证不会转动则需要采取焊接的方式。 气缸摆动推动 方案 采用两个 转动副 能够很好的将气缸的直线运动转变为水管的圆弧运动，在机构设计上较为简单，水管的 布局分布 可以旋转 布局分布第一方案 和 布局分布第二方案 ，固定 支座 可以设计在计量桶上方或者在计量桶外，可选择性多，且 安装要求比较低。 但是采用该方案 需要三个 转动副 ，加工精度要求高；在气。