通用型高效家用膜式燃气表外部密封性检测装置的研制

摘要

随着城市的现代化建设与社会经济的高速发展以及环境保护意识的逐渐增强，城市燃气逐渐成为21世纪的最主要能源之一，膜式燃气表凭借其计量准确、价格低廉、经久耐用等优点被广泛应用于低压的普通家庭用户的用气计量。因为其计量介质是具有易燃、易爆甚至有毒等特性的城市燃气，一旦发生泄漏在周围空气中达到爆炸极限，就会引发燃烧、爆炸甚至中毒等危险，所以膜式燃气表的外部密封性在各项主要技术指标中显得尤为重要，被各生产厂商作为关键工序进行控制。传统的膜式燃气表外部密封性检测方法，如U型压力计法、液下气泡法等直压式的检测方法由于检测效率较低、劳动强度大、易受检测环境温度变化影响等缺点无法很好地满足批量的在线检测要求，同时现代工业生产又都具有多品种、小批量的典型特点，因此设计开发一款通用性好、检测效率高，同时又具有良好经济性的家用膜式燃气表外部密封性检测装置具有良好的经济实用价值和应用前景，能够取得较好的经济效益和社会效益。 气体分子微小而且对压力和温度都非常敏感，因而气体泄漏是气体传动和计量中普遍存在的。膜式燃气表外部泄漏是产品主要技术指标中尤为重要的一个，因而一直是生产制造商们检测控制和研究分析的重点。目前国内的膜式燃气表制造商们主要采用皂泡法、液下气泡法、U型压力计法等正压力检测法进行外部密封性检测。它们都属于压降法的检测方法范畴，可靠性受检测环境温度变化影响大，而且检测分辨率由于大大制约于检测压力的大小而较低，由于膜式燃气表相关标准允许的外泄漏属于微小泄漏，在较短时间内很难被准确可靠检测，因而检测效率较低。而差压法密封性检测采用形状、尺寸完全相同的合格产品作为基准进行比较，克服了检测环境温度变化对检测结果的影响，同时传感器的量程范围与检测绝对压力大小没有直接关系，只与泄漏产生的压差大小有关，所以对于微小泄漏可以通过适当缩小传感器量程提高分辨率来缩短检测时间达到提高检测效率的目的。单片机功能强大而且价格低廉，广泛应用于众多工程领域的自动化控制。本文将差压法密封性检测原理与单片机技术进行了有机结合，研制出一款通用性强、检测效率高、经济性好的家用膜式燃气表外部密封性检测装置，良好地适用了多品种、小批量的典型现代工业生产需求，在保证检测精度的同时大大提高了检测效率，对企业的发展具有良好的实用价值和应用前景。本课题研究的主要工作及成果如下： 1.通过对家用膜式燃气表的外泄漏的研究，建立了相应的偏心圆环缝隙泄漏和平行平板缝隙泄漏两种数学模型进行泄漏量的理论计算分析，指出了影响膜式燃气表外部密封性的关键因素（参数），对膜式燃气表设计研发和生产过程的检测控制有着重要的现实指导意义。 2.通过对气体泄漏的气容-气阻物理模型的分析推导出气体泄漏产生的压差与泄漏流量、检测时间以及等效容积之间的函数关系，根据相关标准计算出膜式燃气表外部泄漏产生的压差限额作为后文检测装置设计的依据。 3.完成检测装置的硬件框架的构建、工作流程的设计以及主要图纸的设计绘制，根据设计参数的要求完成关键零部件的设计选择，最终研制出这款通用型高效膜式燃气表外部密封性检测装置，并通过大量的试验、分析与调试确定了不同表型的检测参数，完成了作业指导书的编制用于指导实际的生产。该检测装置主要有以下几个方面的优点：（a）、通用性：检测工装的中心距可调，检测参数可通过控制面板进行修改，经过简单的调试即可实现对不同表型的检测。（b）、经济性：对公司传统的工艺流程的整合优化，减少了人员和硬件设备的投入，避免了生产过程中的运输周转等环节造成的时间、空间等各方面的浪费；（c）、高效性：组内多工位和两组分时工作的统筹设计，最大限度地缩短了工作节拍，通过缩短差压传感器的量程提高了检测分辨率，从而缩短了检测时间大幅提高了工作效率。（d）、人性化：单片机自动地程序化执行操作，检测数据及结果直观地通过LED数码管和指示灯显示，大大改善了操作人员的工作强度。检测装置的研制成功对企业的发展做出了推动意义的贡献。 但是该检测装置的研制过程中在满足实际生产需要的前提下由于较多地考虑了成本因素的制约，所以系统的设计比较简单，削弱了良好的人机交互性以及数据分析处理功能。通过与个人计算机的扩展连接，辅以智能模拟软件的运用将会得到非常显著的改善，如LabVIEW将会获得更加友好的操作界面，MATLAB强大的数据处理功能可以拟合出更加接近实际的曲线，方便研究分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1城市燃气

1.1.1城市燃气分类及其特性

1.1.2城市燃气计量

1.2膜式燃气表及其外部密封性

1.3膜式燃气表外部密封性榆测方法现状

1.3.1气泡法

1.3.2直压法

1.3.3差压法

1.4课题研究的背景和任务

1.4.1课题研究的背景及意义

1.4.2课题研究的主要任务

第2章气体泄漏的理论分析

2.1气体状态方程及其特殊形式

2.2气体泄漏定义与描述

2.3气体泄漏类型与泄漏量理论计算分析

2.3.1平行平板缝隙泄漏

2.3.2偏心圆环缝隙泄漏

2.4气体泄漏的物理模型

2.5家用膜式燃气表外部泄漏量标准计算

2.6小结

第3章通用型高效家用膜式燃气表外部密封性检测装置研制

3.1总体方案设计

3.2硬件部分设计

3.2.1数据采集部分

3.2.2数据处理部分

3.2.3控制执行部分

3.2.4 显示输出部分

3.2.5直流稳压电源部分

3.3软件部分设计

3.4研制小结

第4章通用型高效家用膜式燃气表外部密封性检测装置试验分析

4.1密封性检测装置试验分析

4.1.1充气、放气时间计算

4.1.2泄漏压差-时间曲线的意义及应用

4.1.3密封性检测装置的试验分析

4.2常用密封性检测装置比较

4.2.1公司生产纲领

4.2.2常用密封性检测装置比较

4.3小结

第5章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

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