基于双计时原理的水表和换向器检定方法研究

　　1　引言

　　目前一些高准确度等级的静态容积法水流量标准装置在检定机械式大口径水表示值误差时检定质量不能尽如人意,比对试验结果也不能令人满意,分析其原因与检定方法不无关系。众所周知,静态容积法水流量标准装置的不确定度主要来自工作量器和换向器引入的不确定度[1]。工作量器的不确定度是可控可预测的,而换向器的不确定度则往往不可控和难以预测,特别是当装置用于检测机械式水表这类非电量流量计时,换向系统引入的不确定度非常复杂。检定涡轮、涡街、电磁等电量信号流量计的示值误差时,检定开始和停止信号通常由换向器发讯[2]。即换向器运动过程中,当运动经过换向行程的几何中点位置时,其发讯标杆(俗称档板)闪档光电传感器,光电传感器输出信号触发流量仪开始计时、计频。这种检定方法中换向器引入的不确定度只是换向行程差的不确定度[3]。而水表、油表这类非电量信号流量计无检定信号接口,对小口径表尚可采用静态启停法[4](在流量计开始检定前和一次检定结束后液体均不流过被检表,只有当在流量计检定时液体才流过系统)进行检测。但对大口径水表,由于水锤、复合误差[5]等原因,采用静态启停法难以操作。

　　目前普遍采用的方法是在检定流量下,当水表检定指针转到某一示值时,记录示值的同时,启动换向气动电磁阀开关进行换向。当检定用水量到达预定示值时,再次启动换向开关。比较水表累积流量与工作量器示值,得到水表示值误差。由于检定水表与检定电量信号流量计换向发讯信号主从关系相反,不但存在被检表与工作量器累计时间不一的问题,更严重的是此情况下换向器引入的不确定度不再是行程差的不确定度,而是整个换向系统的不确定度。检定方法改变,装置原有的检测能力毫无疑问也要改变。故研究水表这类机械式累积流量表的示值误差检定方法、探讨换向器的测试方法使其能满足不超过5%[5]的要求、提高检定质量,有着重要的现实意义。

　　2　双计时法检定原理

　　设装置原有计时器为A计时器,新置一个计时器为B计时器。水表外部光电采样器信号输出并联连接B计时器和换向气动电磁阀。如图1所示,横坐标t表示时间,纵坐标Q表示瞬时流量。坐标上部阴影面积代表工作量器的累积体积,下部阴影面积为流过被检表的累积体积。

　　按动态启停法(即水表开始检定前、检定过程中和一次检定结束后,液体一直流过水表,工作量器的示值采用静态读数)调节流量。设试验流量为Q,当被检表检定指针转到某一体积值时,闪挡水表外部光电采样器一次,光电采样器输出信号触发B计时器开始计时,同时也触发换向气动电磁阀。气动电磁阀从得电到阀芯换位、气缸“蓄能”,耗去时间Δt1,当气缸内气压达到驱动换向活塞的能量时,换向器开始运动换向,经Δt2时间换向结束。在Δt2时间内,换向器运动经过换向行程的几何中点位置时,A计时器被光电传感器触发开始计时。在Δt2时间内,进入工作量器的流量由0流量上升至Q,此后,进入工作量器的水流呈稳流Q状态。经t3时间,被检水表检定指针转到预定值时,再次闪挡光电采样器,采样器输出信号使B计时器停止计时、同时气动电磁阀失电。气动电磁阀从失电到阀芯换位、气缸“蓄能”耗去时间Δt4,紧接换向器开始换向,经Δt5时间换向结束。同理,当换向器运动回经行程的几何中点时,A计时器停止计时。在Δt5时间内,进入工作量器的流量由Q降至0。确切地说,换向时间由气动电磁阀换向蓄能时间、换向运动空程时间和水流换向时间3部分组成。换向空程是指开式换向器行程初期到开始切换液流和离开液流到运动结束这段行程(为分析方便,本文假设换向空程时间为0,也可看作Δt1、Δt4时间内包括了换向空程时间)。