【正文】 道長(zhǎng)度總長(zhǎng)約為 L=700mm。圖示水管位置二下方為水池，銜接管的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單；在安裝中需要保證氣缸垂直于杠桿在水管轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和水管兩個(gè)入水口連線的中心點(diǎn)的連線，這就在安裝時(shí)候需要把水管位置擺在，氣缸活塞桿伸出到一半的位置，增加的安裝的難度。如圖 38所示。 在 計(jì)量桶上固定 氣缸 方案 將 氣缸 直接固定在計(jì)量桶上，這個(gè)方案 簡(jiǎn)單 ，不會(huì)出現(xiàn)懸臂情況。氣缸 安裝 固定 如果 采用計(jì)量桶外固定則對(duì)應(yīng)的 布局分布第二方案 ，在計(jì)量桶外有很大的空間 可以用來(lái)安裝氣缸。間隙法氣缸直接推動(dòng)方案機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，加工容易，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，故采用間隙法氣缸直接推動(dòng)水管方案。但是采用間隙法氣缸直接推動(dòng)方案在動(dòng)作中沖擊力大，誤差較大，如果使用硬性材料加工氣缸連接件則會(huì)有很大的沖擊 力對(duì)零件損傷很大 ，所以在材料上選用尼龍棒 ； 氣缸的安裝則需要保證垂直于杠桿在水管轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和水管兩個(gè)入水口連線的中心點(diǎn)的連線上的安裝位置 ， 這樣可以保證水管在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的間隙最小；設(shè)計(jì)氣缸連接件時(shí)需要考慮間隙大小的合理設(shè)計(jì) 如果間隙取值過(guò)小， 則無(wú)法滿足動(dòng)作要求，若間隙取值過(guò)大 ，則會(huì)有較大的沖擊力產(chǎn)生，間隙設(shè)定在 。 圖 37 間隙法氣缸直接推動(dòng)方案圖 采用間隙法氣缸直接推動(dòng)方案機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，在機(jī)構(gòu)上只需要設(shè)計(jì)一個(gè)氣缸連接件，氣缸連接件上與水 管連接的空留有間隙，保證氣缸能正常動(dòng)作，不被卡死。間隙法 指使用 一個(gè)連接件直接與水管連接，該連接件套在水管上，水管的外壁直徑為 26mm，則設(shè)計(jì)的連接件 的 孔 的直徑 需要 大于 ，在動(dòng)作過(guò)程中水管則能夠通過(guò)間隙來(lái)做調(diào)整而不使氣缸卡死 。從機(jī)臺(tái)保護(hù)，加工精度，經(jīng)濟(jì)等各方面綜合考慮出發(fā)，該方案不是很適合。 氣缸擺動(dòng)推動(dòng) 方案 采用兩個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)副 能夠很好的將氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿膱A弧運(yùn)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上較為簡(jiǎn)單，水管的 布局分布 可以旋轉(zhuǎn) 布局分布第一方案 和 布局分布第二方案 ，固定 支座 可以設(shè)計(jì)在計(jì)量桶上方或者在計(jì)量桶外，可 選擇性多，且安裝要求比較低。 圖 36 轉(zhuǎn)動(dòng)副 二連接 圖 水管外表面為圓表面， 無(wú)法直接和連接轉(zhuǎn)動(dòng)副， 采用一個(gè)水管連接件來(lái)連接 轉(zhuǎn)動(dòng)副 。為保證 轉(zhuǎn)動(dòng)副 一 不因氣缸及氣缸連接件的重力作用而產(chǎn)生彎矩力，設(shè)計(jì)中添加 轉(zhuǎn)動(dòng)副 三，轉(zhuǎn)動(dòng)副 三 一方面 能夠 起到支撐作用，還可進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng) 。 氣缸擺動(dòng)推動(dòng) 方案 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 13 氣缸擺動(dòng)推動(dòng) 方案 采用的是兩個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)副 來(lái) 實(shí)現(xiàn)將 氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿膱A弧運(yùn)動(dòng)的，在氣缸做伸縮動(dòng)作時(shí)，氣缸 依靠 第一 轉(zhuǎn)動(dòng)副 做小幅度的擺 動(dòng)，如圖 35所示。杠桿沿中心位置的 轉(zhuǎn)動(dòng)副 進(jìn)行 圓周運(yùn)動(dòng)，在水管一側(cè)，杠桿的圓弧 軌跡和水管運(yùn)動(dòng)的圓弧軌跡不一致，布局 分布 第一方案水管位置一 這一側(cè) 地方間隙達(dá)到 ，在汽缸一側(cè) 氣缸直線運(yùn) 動(dòng)軌跡于杠桿端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡也不一樣，存在較大 間隙，所以在與氣缸和水管連接的地方需要采用間隙法，但是較大的間隙就會(huì)造成在 運(yùn)動(dòng) 過(guò)程 中較大的 沖擊力，從而損壞部件，減少使用壽命；且在設(shè)計(jì)安裝上要求較高，需要保證杠桿安裝在水管轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和水管兩個(gè)入水口連線的中心點(diǎn)的連線上這樣才可以保證間隙最小，另外氣缸的安裝則需要保證垂直于杠桿在 水管轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和水管兩個(gè)入水口連線的中心點(diǎn)的連線上的安裝位置，這給安裝增加了難度 ；同時(shí)汽缸的固定以及銜接水管的設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)和連桿推動(dòng)法一樣的不足 ； 轉(zhuǎn)動(dòng)副 精度要求高，還要考慮 氣缸 固定問(wèn)題。該方案較連桿法簡(jiǎn)便。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 圖 34 杠桿推動(dòng)方案 布局分布 圖 杠桿 推動(dòng)方案由于機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和空間需要只能在 布局分布第二方案 一側(cè) 。 處于對(duì)該設(shè)計(jì)的基本要求，用于做實(shí)驗(yàn)，要滿足加工簡(jiǎn)便，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，以及經(jīng)濟(jì)效益考慮所以該方案不是很合適。 采用該方案能夠很好的將直線運(yùn)動(dòng)軌跡變?yōu)閳A弧運(yùn)動(dòng)軌跡，且安裝在 布局分布第二方案 一側(cè)，擁有足夠的 空間可以放置機(jī)構(gòu)。 如圖 33所示，在 布局分布 方案中分析到，在 布局分布 第一方案 的一側(cè)還有許多其他口徑的水管，空間不足，無(wú)法安裝下整個(gè)連桿推動(dòng)機(jī)構(gòu)，故該連桿機(jī)構(gòu)只能在 布局分布 第二 方案 一 側(cè)。 圖 32 連桿推動(dòng)原理圖 氣缸和滑塊 采用螺紋固定 ，滑塊與連桿直接是通過(guò) 轉(zhuǎn)動(dòng)副 連接，連桿與水管 則需要通過(guò)轉(zhuǎn) 動(dòng)副 來(lái) 連接。 連桿推動(dòng)方案 水管入水口的兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡 是一個(gè) 圓弧，而氣缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，采用連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn) 由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A弧運(yùn)動(dòng) [5]。 布局分布 第一方案水 管位置二則正好在水池的上方，當(dāng)水管入水口處于 布局分布 第一方案 水管位置二，水流進(jìn)入到水池中，需要采用 銜接水管來(lái)將水流引入到福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 水池中 ， 銜接水管 設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。在 布局分布 的過(guò)程 中考慮到水管入水口距離計(jì)量桶的上沿壁有 40mm 的距離，水在進(jìn)入到計(jì)量桶的過(guò)程中有發(fā)散性，為保證水流入到計(jì)量桶或直接進(jìn)入水池的過(guò)程中水不會(huì)流到計(jì)量桶的上沿壁上，同時(shí)又要考慮在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中入水口不能離計(jì)量桶的內(nèi)外壁太遠(yuǎn)而造成在水管移動(dòng)過(guò)程中的誤差，所以要保證水管的外壁距離計(jì)量桶的內(nèi)壁或者外壁有一個(gè) 8— 10mm 的距離，在移動(dòng)中水一直在流 出 ，為了減少水管移動(dòng)中的帶來(lái)的誤差，兩個(gè)位置要保證距離內(nèi)外壁的距離是相等的， 圖示采用以水管入水口 的運(yùn)動(dòng)軌跡與計(jì)量桶內(nèi)壁邊和外壁邊的交點(diǎn)做圓弧，圓弧的半徑為 23mm，在以該圓弧與水管入 水口 運(yùn)動(dòng)軌跡交點(diǎn)為水管入水口的位置，水管外徑為 26mm,即半徑為 13mm,這樣就可以保證 8— 10mm 的距離，而不會(huì)使水流到計(jì)量桶巖壁上。 換向機(jī)構(gòu)方案確定 水管兩點(diǎn) 布局分布 在公司 現(xiàn)場(chǎng) 測(cè) 量得出 實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)，計(jì)量桶的內(nèi)桶直徑為 220mm,計(jì)量桶的邊沿距離為30mm，水管 外 徑為 26mm，水管轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)到入水口的距離為 600mm，轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)距離計(jì)量桶的水平距離為 300mm,水管入水口到計(jì)量桶上邊緣的距離為 的 中心為20mm，通過(guò)這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況，得出水管起始兩點(diǎn)的 布局分布 圖 如圖 31。液壓執(zhí)行元件 主要有 油缸 、 馬達(dá) 等 ，液壓執(zhí)行元件運(yùn) 動(dòng) 平穩(wěn)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速， 能夠傳遞較大的動(dòng)力 ，但是需要 一個(gè)完整 的供油系統(tǒng)， 還會(huì)出現(xiàn)泄漏 ，液壓元件 對(duì) 精度要求 很 高，價(jià)格貴。 在機(jī)械生產(chǎn) 系統(tǒng)中， 動(dòng)力 執(zhí)行元件 由輸入的物質(zhì)能量 的不同可分為電動(dòng) 、液壓和氣動(dòng)。氣缸 的動(dòng)作受 單片機(jī)控制，在 不同的需要時(shí)完成不同動(dòng)作， 帶動(dòng)換向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水管的兩點(diǎn)移動(dòng) ，設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)控制繼電器得 電和 失電 ，繼電器連接電磁閥，達(dá)到控制電磁閥 的得電和失電，從而控制 氣 缸 動(dòng)作 。 （ 3） 對(duì)水 流管道 增加整流器 ，減少 紊流 帶來(lái)的影響。 針對(duì)上述可能的存在的影響因素 公司提出了一些解決方案 ： （ 1） 對(duì)于水流的不穩(wěn)定和開(kāi)關(guān)的影響，因?yàn)樵跈z定系統(tǒng)中，采用的反射式脈沖采集來(lái)做比對(duì)，所取的水流段是在開(kāi)關(guān)開(kāi)啟后水流穩(wěn)定是的水流段，同時(shí)針對(duì)這個(gè)影響公司還正在做容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)和稱重式水表檢定系統(tǒng) 。利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 7 但是 公司使用的這個(gè) 電磁流量計(jì)在 福 建省計(jì)量科學(xué) 研究院檢定 滿足 要求 。 所以 “母表”的誤差影響不大， 而 “母表” 的誤差跳動(dòng) 較大 大將導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行 水表 檢定，所以需要 將 電磁流量計(jì)的誤差跳動(dòng)要控制在 。但是在大流量下電磁流量計(jì)的總體跳動(dòng)還是無(wú)法滿足要 求，需要找出影響穩(wěn)定性的因素，提出改進(jìn)方案。 表 22 各種流量 重新裝夾下 測(cè)量 值 跳動(dòng)表 型號(hào) 流量 電磁流量計(jì) 樣表一 樣表二 樣表三 樣表四 樣表五 樣表六 大流量 分界流量 1 1 小流量 大流量 多工位測(cè)量 從表 23大流量多工位測(cè)量跳動(dòng)表可以看出，電磁流量計(jì)的跳動(dòng)比較小，控制在 以內(nèi)，各個(gè)型號(hào)的水表的跳動(dòng)也比較小。 在小流量一欄 實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)中可以看出 重新裝夾下測(cè)量 的電磁流量計(jì)的跳動(dòng)很小，后面各個(gè)工位的水表的跳動(dòng)變大具體為電磁流量計(jì)跳動(dòng)為 ， 樣表一 跳動(dòng)為 ， 樣表二 跳動(dòng)為 ， 樣表三 跳動(dòng)為 ， 樣表四 跳動(dòng)為 ， 樣表五 跳動(dòng)為 ， 樣表六 跳動(dòng)為 。 從表 22大流量一欄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出在誤差和跳動(dòng)上和 同一 裝夾 下 多次測(cè)量實(shí)驗(yàn)上相近，具體跳動(dòng)為電磁流量計(jì)跳動(dòng)為 ， 樣表一跳動(dòng)為 ， 樣表二 跳動(dòng)為 ， 樣表三 跳動(dòng)為 ， 樣表四 跳動(dòng)為 ， 樣表五 跳動(dòng)為 ， 樣表六 跳動(dòng)為 。 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析上可以明顯的看出，在大流量測(cè) 量下電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性最好，但還是無(wú)法滿足要求，正常要求流量計(jì)的跳動(dòng)在 以內(nèi)，在這個(gè)要求內(nèi)，小流量和分界流量的 測(cè)量中電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性不好， 無(wú)法滿足水表檢定要求。電磁流量計(jì)跳動(dòng)為 6，樣表一 跳動(dòng)為 ， 樣表二 跳動(dòng)為 ， 樣表三 跳動(dòng)為 ， 樣表四 跳動(dòng)為 ， 樣表五 跳動(dòng)為 ， 樣表六 跳動(dòng)為 。 從表 21分界流量一 欄實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)可以看出，電磁流量計(jì)誤差較大，跳動(dòng)變大為 ，其余工位的誤差相對(duì)于大流的跳動(dòng)有了普遍的提高，具體為 樣表一 跳動(dòng)為 1， 樣表二 跳動(dòng)為 1， 樣表三 跳動(dòng)為 1， 樣表四 跳動(dòng)為 1， 樣表五 跳動(dòng)為 ， 樣表六 跳動(dòng)為 。 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 5 各種 流量測(cè)量 實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù) 分析 各種 流 量 同一 裝夾 下 多次測(cè)量 實(shí)驗(yàn) 中 樣表一放置在第一工位，樣表二放置在第二工位，樣表三放置在第三工位，樣表四放置在第四工位，樣表五放置在第五工位，樣表六放置在第六工位。 第三組實(shí)驗(yàn)采用的不同工位下的測(cè)量，即 樣表一 在第一工位測(cè)量 5次后進(jìn)行輪換，將第一工位 的樣表放到第二工位，第二工位的樣 表放到第三工位，一次類推，最后 一個(gè)工位 的樣 表放到第一工位。 實(shí)驗(yàn) 分為三組，第一組實(shí)驗(yàn)， 各樣表 在 一次 裝夾 后 ， 大流量 連續(xù) 測(cè)量 30 次， 分界 流量和小流量各測(cè)量 5次。 實(shí)驗(yàn)中采用電磁流量計(jì)作為母表，在各個(gè)工位上安裝 15mm 口徑的 不同 編號(hào) 的水表， 6個(gè)編號(hào)分別為 6010 6010 60136016 6018 60104，分別采用， 樣表 一、樣表二、樣表三、樣表四、樣表五、 樣表六來(lái)表示 。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析來(lái)發(fā)現(xiàn)其中存在的誤差、跳動(dòng)，通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)找出最佳測(cè)量方法，并發(fā)現(xiàn)存在的影響穩(wěn)定性的因素，做出判斷和改正。 本設(shè)計(jì)需要采集到電磁流量計(jì)的脈沖，電磁流量計(jì)的脈沖輸出 方式有兩種，頻率的輸出是一個(gè)連續(xù)的方波；或者脈沖的輸出是矩形波， 其接線電路如 圖 22 所示，接兩根線 P+連接 脈沖輸出正極，其旁邊的 COM為脈沖輸出接地 [2]。 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 3 第 2 章 穩(wěn)定性與 流量 關(guān)系 實(shí)驗(yàn) 電磁流量計(jì)簡(jiǎn)介 電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律 ， 在電磁流量計(jì) 內(nèi)部有一個(gè)磁場(chǎng)，水流 經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)與磁場(chǎng)方向垂直，做切割 磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)， 磁場(chǎng)的兩端將 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ， 感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)的大小與 水流 運(yùn)動(dòng)速度 及磁場(chǎng) 強(qiáng)度大小成正比 [2]。 第四章：這一章首先介紹一些元器件的選擇 ，接下去介紹電路圖的設(shè)計(jì)，包括電磁閥控制電路、電磁流量計(jì)脈沖采集電路和 控制 P89LPC9401 單片機(jī) 電源電路，接著介紹程序設(shè)計(jì)部分， 最后還介紹了程序 調(diào)試和進(jìn)行的容積比對(duì)式實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析。為了找出影響電磁流量計(jì)穩(wěn)定性的因素，需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，同時(shí)分析因素和提出解決方案。 本文各章內(nèi)容安排如下： 第一章：介紹 畢業(yè)論文的主要研究?jī)?nèi)容 ，某水表公司采用電磁流量計(jì)替代標(biāo)準(zhǔn)水表作為“母表”，進(jìn)行單片機(jī)控制的光電反射多水表檢定，但是在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電磁流量計(jì)在不穩(wěn)定，為找出不穩(wěn)定因素需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水 表檢定系統(tǒng)來(lái)減少水流穩(wěn)定性和開(kāi)關(guān)閥門(mén)對(duì)電磁流量計(jì)穩(wěn)定性的影響。 主要研究?jī)?nèi)容 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)主要由水管換向機(jī)構(gòu)、氣缸及其驅(qū)動(dòng)模塊、 P89LPC9401單片機(jī)控制系統(tǒng)等模塊組成。產(chǎn)生不穩(wěn)定的因素是多方面的， 包括水流穩(wěn)定性、水壓穩(wěn)定性、平臺(tái)水平度、開(kāi)關(guān)閥門(mén)速度、電磁流量計(jì)的電流不穩(wěn)定等 因素 。若 “母 表” 存在一個(gè)固定誤差在檢定中可以采用正負(fù)抵消，而當(dāng) “母表” 誤差 存在跳動(dòng)時(shí)，則無(wú)法取得一個(gè)合理的值來(lái)進(jìn)行正負(fù)抵消，這 就無(wú)法進(jìn)行水表檢定。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，采用 非接觸或無(wú)磨損 流量計(jì)來(lái)替代標(biāo)準(zhǔn)水表作為 “母表” 已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，建立一個(gè)以電磁流量計(jì)為 “母表” 的水表檢定 系統(tǒng) 能夠很好的解決機(jī)械磨損的問(wèn)題 。 采用該 系統(tǒng) 能夠 很好的 提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和檢定精度。這個(gè) 方法誤差較 大， 水表 在進(jìn)行 分界 流量和小流量檢定時(shí) ，水流小， 效率低。 研究背景 某 水表公司現(xiàn)在的檢定水表 方法 有單個(gè)水表檢定法， 每一臺(tái)水表均在大流量 Q3，分界流量 Q2，和小流量 Q1這三個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行檢定，公司現(xiàn)在所采用的水表為 15mm口徑水表，通常 規(guī)定大流量 Q3為 ； 根據(jù)檢定規(guī)則 Q3/Q1為 160，則小流量 Q1為 m3/h，Q2/Q1 為 ，所以 Q2 為 。 自