一种水流量标准装置中的换向器及其换向方法

摘要

本发明公开一种水流量标准装置中的换向器及其换向方法，该换向器包括换向喷嘴、第一分流器、第一换向流道、第二换向流道、相互匹配的换向器计时导杆和光电转换器，换向器计时导杆与第一分流器固定连接，在第一换向流道和第二换向流道的下方还设有第二分流器，第二分流器内有相互隔离的第一分流腔、计量腔和第二分流腔，第一分流腔和第二分流腔分别位于计量腔的两侧，计量腔、第一分流腔和第二分流腔均有进水口和出水口，计量腔、第一分流腔和第二分流腔的进水口分别与第一换向流道和/或第二换向流道的出水口对应，计量腔的出水口设于其底部。本发明通过实现换向器的“换入/换出同向”提高了水流量标准装置的测量准确度。

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”。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现“换入/换出同向”的水流量标准装置中的换向器及其换向方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该水流量标准装置中的换向器主要包括换向喷嘴、第一分流器、第一换向流道、第二换向流道、相互匹配的换向器计时导杆和光电转换器，换向器计时导杆与第一分流器固定连接，并且，在第一换向流道和第二换向流道的下方还设有第二分流器，该第二分流器内设有相互隔离的第一分流腔、计量腔和第二分流腔，所述第一分流腔和第二分流腔分别位于计量腔的两侧，所述计量腔、第一分流腔和第二分流腔均设有进水口和出水口，所述计量腔、第一分流腔和第二分流腔的进水口分别与第一换向流道和/或第二换向流道的出水口相对应，计量腔的出水口设于该计量腔的底部。

进一步地，本发明所述第二分流器的计量腔呈漏斗型。

使用本发明的上述换向器进行换向的方法主要包括如下步骤：

1)水平移动第一分流器，使换向喷嘴喷出的水流流入第一分流器的第一分流漏斗并通过第一导引管进入第一换向流道；

2)水平移动第二分流器，使第一换向流道的出水口对准第二分流器的第一分流腔的进水口且第二换向流道的出水口对准第二分流器的计量腔的进水口，第一换向流道内的水流由此经第一分流腔流入循环水池；

3)水平移动第一分流器，使换向喷嘴喷出的水流流入第一分流器的第二分流漏斗并通过第二导引管及第二换向流道流入第二分流器的计量腔，再由计量腔底部的出水口进入计量罐；在第一分流器水平移动的同时，该第一分流器带动换向器计时导杆运动，使换向器计时导杆与光电转换器配合以控制计时器开始计时；

4)水平移动第二分流器，使第一换向流道的出水口对准所述计量腔的进水口；

5)水平移动第一分流器，使换向喷嘴喷出的水流流入第一分流漏斗并通过第一导引管及第一换向流道流入第二分流器的计量腔，再由计量腔底部的出水口进入计量罐；

6)水平移动第二分流器，使第二换向流道的出水口对准第二分流器的第二分流腔的进水口；

7)水平移动第一分流器，使换向喷嘴喷出的水流流入第二分流漏斗并通过第二导引管及第二换向流道流入第二分流器的第二分流腔后，再流入循环水池；在第一分流器水平移动的同时带动换向器计时导杆运动，使换向器计时导杆与光电转换器配合以控制计时器停止计时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明不仅克服了现有技术中“裤衩”式开式换向器“换入/换出不同向”的缺陷，更重要的是通过实现换向器的“换入/换出同向”，大大减小了换向器换向引起的不确定度，提高了水流量标准装置的测量准确度。

附图说明

图1是现有技术中“裤衩”式开式换向器的结构示意图；

图2是“裤衩”式开式换向器的换向流量模型图；

图3是本发明换向器的结构示意图；

图4是本发明换向器的换向流量模型图；

图5～图10是本发明换向器的换向过程示意图。

具体实施方式

本发明是在现有的“裤衩”式开式换向器的基础上作的进一步改进。如图3所示，与现有的“裤衩”式开式换向器不同的是，在第一换向流道31和第二换向流道32的下方还设有第二分流器6，该第二分流器6内设有相互隔离的第一分流腔61、计量腔63和第二分流腔62，且第一分流腔61和第二分流腔62分别位于计量腔63的两侧，计量腔63、第一分流腔61和第二分流腔62均设有进水口和出水口，计量腔63、第一分流腔61和第二分流腔62的进水口分别与第一换向流道31及第二换向流道32的出水口相对应。计量腔63的出水口设于该计量腔的底部，并设计成漏斗型，此设计有助于水流更顺畅地流入计量罐。

使用本发明的换向器时，可将换向喷嘴1、第一分流器2、第一换向流道31、第二换向流道32，换向器计时导杆4、光电转换器5作为一个整体固定在支架上并与水流量标准装置中的相应出水管道相连接，其中第一分流器2的移动由气动换向阀控制驱动，同时第一分流器2的移动将带动换向器计时导杆4运动，并使换向器计时导杆4与光电转换器5相配合产生计时控制信号，该计时控制信号控制计时器的开始与结束。第二分流器6平安装在导轨上并由步进电机进行水平移动驱动。具体工作过程如下：

1)如图5所示，水平移动第一分流器2，使换向喷嘴1喷出的水流流入第一分流器2的第一分流漏斗21并通过第一导引管211进入第一换向流道31。

2)如图6所示，水平移动第二分流器6，使第一换向流道31的出水口对准第二分流器6的第一分流腔61的进水口且第二换向流道32的出水口对准第二分流器6的计量腔63的进水口，第一换向流道31内的水流由此经第一分流腔61流入循环水池。

3)如图7所示，水平移动第一分流器2，使换向喷嘴1喷出的水流流入第一分流器2的第二分流漏斗22并通过第二导引管222及第二换向流道32流入第二分流器6的计量腔63，再由计量腔63底部的出水口进入计量罐；在第一分流器2水平移动的同时，该第一分流器2带动换向器计时导杆4运动，使换向器计时导杆4与光电转换器5配合输出一脉冲信号以控制计时器开始计时。

4)如图8所示，水平移动第二分流器6，使第一换向流道31的出水口对准所述计量腔63的进水口。

5)如图9所示，水平移动第一分流器2，使换向喷嘴1喷出的水流流入第一分流漏斗21，并通过第一导引管211及第一换向流道31流入第二分流器6的计量腔63，再由计量腔63底部的出水口进入计量罐。在该步骤中计时器不停止计时。

6)如图10所示，水平移动第二分流器6，使第二换向流道32的出水口对准第二分流器6的第二分流腔62的进水口。

7)水平移动第一分流器2，使换向喷嘴1喷出的水流流入第二分流漏斗22并通过第二导引管222及第二换向流道32流入第二分流器6的第二分流腔62后，再流入循环水池；在第一分流器2水平移动的同时带动换向器计时导杆4运动，使换向器计时导杆4与光电转换器5配合输出一脉冲信号以控制计时器停止计时。

本发明换向器的上述结构及其相应的工作过程实现了换向器的计时开始(对应上述工作过程的步骤3))和计时结束(对应上述工作过程的步骤7))在同一方向同一位置处完成，即实现了换向器“换入/换出同向”。图4所示的换向流量模型为本发明换向器装置换向过程对应的流量模型。由图4可以知道，由于该流量模型是“换入/换出同向”模型，所以实现了A＝D，C＝F，A+F＝C+D，克服了“裤衩”式开式换向器难以实现的A+F＝C+D问题，因此最终实现了换向器一个换向周期的计时时间段内平均流量与实际流量相等：q₁＝(B+C+G+D+E)/(t₄-t₁)＝(A+B+G+E+F)/(t₄-t₁)＝q。