分析流量計改造成小型化的收益與權(quán)衡

40多年來，Titan Enterprises一直致力于制造更小，更好的流量計，從微型渦輪機(jī)和齒輪流量計到非常新的超聲波設(shè)備，不一而足。自動化儀表四廠與任何產(chǎn)品開發(fā)一樣，在考慮使流量設(shè)備小型化的同時，也要權(quán)衡利弊。在本文中，我們著眼于渦輪，橢圓齒輪，超聲波和熱流量計的注意事項。

A：渦輪流量計

制作非常低流量的高性能渦輪流量計始終是一個挑戰(zhàn)。各種各樣的物理問題使您無法生產(chǎn)小型設(shè)備。通常，徑向流渦輪比軸向流渦輪更適合低流量應(yīng)用。排名不分先后的主要問題包括：

一世。摩擦。靜摩擦可定義為防止零件運(yùn)動的兩個表面上的摩擦力，這是非常好個問題。對任何軸承的這種影響將決定渦輪開始旋轉(zhuǎn)的點(diǎn)。對于大型渦輪機(jī)，這通常不是問題，因為相對于靜摩擦，您可能具有較大的驅(qū)動扭矩。在微型設(shè)備上，與靜摩擦相比，可用驅(qū)動扭矩大大降低。僅使軸承自由旋轉(zhuǎn)可能是一個挑戰(zhàn)。藍(lán)寶石軸承通常可以克服這一點(diǎn)，但是這些高度拋光的表面的接觸面積仍然可以相對較高。點(diǎn)接觸提供了非常小的摩擦，這可能與球或圓錐軸承一起使用。問題就變成了軸承負(fù)載。單點(diǎn)接觸等于無限高的軸承負(fù)載，這會縮短軸承壽命。靜摩擦本身也將取決于渦輪的質(zhì)量。

ii。重量。渦輪在流體中的質(zhì)量不僅影響靜摩擦，而且對響應(yīng)時間也有影響。質(zhì)量越大，響應(yīng)時間越慢。具有非常小質(zhì)量的渦輪機(jī)可以具有與正在計量的流體相似的密度，從而使其具有中性浮力。在渦輪直徑，葉片寬度/厚度，結(jié)構(gòu)材料和檢測方法之間也需要權(quán)衡。渦輪機(jī)上進(jìn)入的射流抵消的力矩越大，驅(qū)動力就越大。但是，如果質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)阻力較高，則其他非驅(qū)動葉片上的阻力也較高。極細(xì)的葉片可能很難用光學(xué)方法檢測到，葉片的寬度被限制為流入流體的直徑加上流體中流入流體“擴(kuò)散”的距離。太窄，iii。檢測系統(tǒng)。無拖曳系統(tǒng)是必不可少的，光學(xué)系統(tǒng)是理想的選擇，前提是您的流體可以有效地傳輸光線。它可以是反射性的，或更常見的是某種類型的光束切割裝置。將磁性材料添加到渦輪中以實現(xiàn)零阻力感應(yīng)，磁性或霍爾效應(yīng)檢測器會增加質(zhì)量，但使流量計能夠處理乳濁液等不透明流體。對于這樣的應(yīng)用，在磁性元件，其尺寸和質(zhì)量之間需要權(quán)衡。iv。流體學(xué)。隨著流量的降低，更多的液體看起來和行為像糖霜。渦輪機(jī)對粘度敏感，因為它們主要是雷諾數(shù)裝置，對湍流更滿意。我們試圖用流體技巧來抵消其中的一些影響，例如誘發(fā)的次級渦流，其行為類似于“滾子”軸承，從而減少了粘性阻力并擴(kuò)展了線性流動范圍。

v。通用機(jī)械師。這是一個包羅萬象的部分，很難量化。渦輪直徑，射流偏移和尺寸以及渦輪和腔室的厚度與間隙之間存在關(guān)系。這些元素之間是微妙的折衷。

B：齒輪流量計

在泰坦企業(yè)集團(tuán)，我們選擇將橢圓齒輪設(shè)計納入齒輪表產(chǎn)品中，因為對于給定的壓差，由于齒輪的流體不對稱性而產(chǎn)生的驅(qū)動扭矩要大得多。與徑向渦輪相比，橢圓齒輪流量計的設(shè)計選項中的細(xì)微之處較少。橢圓齒輪流量計以正排量原理工作，通過吸入一小包流體并將其從入口側(cè)傳輸?shù)匠隹趥?cè)而沒有任何泄漏。這聽起來很容易，但是在齒輪間隙，泄漏，摩擦和流體粘度之間需要權(quán)衡。

一個。間隙和泄漏。減小間隙，您可以在大流量范圍內(nèi)非常精確地計量低粘度流體。使其過大，流量計將無法正常工作，直到液體粘度很高。隨著橢圓齒輪流量計的尺寸變小，泄漏路徑成比例地變大。如果我們使用一個較小的橢圓齒輪流量計，并弄平泄漏路徑，則可以將其定義為一條長約60mm的帶，由齒輪與腔室之間的間隙確定。我們通常以0.03mm的間隙運(yùn)行，這將產(chǎn)生1.8mm2的潛在泄漏面積，這相當(dāng)于直徑接近1.5mm的圓孔。如果您將齒輪的各個方向的尺寸減半，泄漏路徑將基本上變成一半，因此仍然有將近1mm的孔，以減小齒輪尺寸和效率。

b。摩擦。如果有摩擦，橢圓齒輪流量計將不會啟動。如果存在運(yùn)行摩擦，則線性度將不好。像微型渦輪一樣，必須將摩擦保持在非常低水平。但是，橢圓齒輪流量計的選件較少，因為軸承負(fù)荷可能很高。這是因為在較高流量下，儀表壓力降所引起的負(fù)載（儀表工作所必需的）變得有問題。

C。流體粘度。流體粘度是橢圓齒輪流量計性能的基礎(chǔ)。大多數(shù)人對非潤滑性低粘度流體（例如水）不太滿意。但是，我們可以通過選擇高質(zhì)量的材料和精密的制造來非常大程度地減少問題。例如，熱水的粘度約為0.6厘泊，除非齒輪質(zhì)量低，摩擦力非常小且間隙緊至可能。粘度的很小增加（通常是潤滑）會對橢圓齒輪流量計的效率產(chǎn)生巨大的影響。

C：超聲波流量計。

我們將這一技術(shù)領(lǐng)域作為我們當(dāng)前許多低流量開發(fā)的非常佳解決方案的目標(biāo)。對于上面概述的兩種技術(shù)，這些系統(tǒng)的純力學(xué)是限制因素。需要將一些能量注入系統(tǒng)以實現(xiàn)較低的流速。由于技術(shù)的純粹物理性，在生產(chǎn)低流量超聲設(shè)備時還需要解決一些問題。

1.基礎(chǔ)物理學(xué)。飛行時間超聲波儀表之所以起作用，是因為聲音在流動時會加速，而在流動時會受到阻礙。實際上，這兩個信號傳輸時間之間的相移是管道中流體速度的兩倍。流量越低，在每個方向上的相移或飛行時間就越低。

2.減小孔徑。減小管徑會加快速度，因此會增加上游信號和下游信號之間的相移。使超聲波信號進(jìn)入這些較小的管道本身就是一個問題。在我們非常低流量的Atrato超聲波流量計上，我們將超聲波信號注入并接收到直徑6mm的孔中，然后在晶體之間的中心部分將管子縮小到1mm的孔中，以加速液體并提高速度。這使我們能夠輕松地將流速降至2ml / min。

3.未來的發(fā)展。利用我們專利技術(shù)的獨(dú)特功能之一，我們正在研究流量更低的設(shè)備。我們可以在角落發(fā)送超聲波。我們已經(jīng)成功地對設(shè)備進(jìn)行了原型設(shè)計，該設(shè)備實際上是直徑300mm，直徑1mm的管子，但直徑為30mm的線圈。這種獨(dú)特設(shè)計的基本物理原理增加了路徑長度，從而大大增加了上下信號之間的差異。但是，這種設(shè)計也需要權(quán)衡。在如此長的緊密孔中，信號會嚴(yán)重衰減，因此信號與背景噪聲之比會相應(yīng)增加。這有效地決定了我們的流量范圍和低端流量。當(dāng)前，隨著長度的增加，我們開始失去效率，在低流量測量中也看不到任何下降。

D：熱技術(shù)流量計。

這些固有的質(zhì)量流量設(shè)備也隨著響應(yīng)時間的縮短而變得越來越小。根據(jù)定義（與上面概述的流量計技術(shù)不同），它們只能處理特定的流體，因為每種流體的傳熱特性都會改變設(shè)備的校準(zhǔn)。因此，如果不更改校準(zhǔn)系數(shù)，自動化儀表四廠用于一種液體的流量計設(shè)置將無法精確地計量秒。目前，對于同等設(shè)備，它們的性能不如我們的超聲技術(shù)那么精確，但它們的流量卻要低得多。

結(jié)論：小型化流量傳感器的快速發(fā)展為諸如醫(yī)療設(shè)備之類的應(yīng)用中以前從未被認(rèn)為可能的流量測量開辟了道路。