浅析球式体积管中检测开关对装置系统性能的影响

在球式体积管中，直接影响标准体积重复性指标的有以下因素:一是标准管段的管截面圆度及光洁度;二是置换器(球)的质量(比如置换器不圆度、过盈量、材质、硬度、弹性模数、耐磨、耐油的性能指标);三是检测开关的性能(自身结构的动作重复性)等。本文浅析检测开关性能与体积管流量装置性能的内在关联。球式体积管的检测开关一般由两部分组成:一是机械传递结构(置换器触发状态)，有垂直伸缩位移量和水平角位移量两种;二是发讯探头，目前有光电式和光纤式两种。

一、机械传递结构浅析

不管是哪种型式，其传递比的位移(原点至发讯点)基本都是采用1∶1直接测得原理设计。不同的是置换器(球)与机械接触型式不一样。一般也分为两种类型:一种是不锈钢球与圆柱顶杆的配合式;另一种是带“R”形圆头的圆柱状顶杆。

从理论和实践来看，使用钢球型式优于圆柱型式。因为置换器(橡胶计量球)在标准管段中由液体推动作水平(不规则转动)移动至接触发讯传递顶杆的过程中，接触状态是不同的。“R”形圆头的圆柱状一体顶杆，“R”面与球面放大后为不规则的非点面结合，不可避免存在轴向与径向摩阻的变量性，造成了金属R头与橡胶球面接触时弹性系数误差的不一致(橡胶球自身表面的硬度不可能一致，这就是重复性误差不确定因素之一)。

二、发讯探头浅析

不管是光电式还是光纤式，其工作原理是相同的(是一个开关门状态信号输出)，大多数人认为对体积管重复性不会有多大的误差影响和不确定因素，然而在实际应用中却表明存在一系列问题，因此不得不引起制造商和使用单位的重视。

光电式探头工作原理是由一个发光源与一个光敏接收源组成，当有物体遮挡住发光源后将光线反射回接收源，接收后的光波经由电路处理将光信号转换为电信号并作一系列放大、整形处理后输出。由于光电式探头的发光源发出的光束是一个不规则呈散光状的光柱(这是由发射源孔径决定的)，从而对接收源接收信号的强弱及触发位置状态带来了时间差，这就是个不确定的误差源。另外，外部电源波动及光孔表面的灰尘为另一个误差源，最终确定的重复性只能是随机获取。

光纤式探头工作原理虽然和光电式探头工作原理基本一样，但与其比较有着独特的技术和质量优势。

光纤式探头的发光源发出的光束为圆柱形、集束规整、红外可见光柱(无散光、无不规则现象)，发射距离可调，同轴同位反射定位准确;电路处理抗干扰、抗波动性强，输出为规整的方波信号。尤其是在触发动作结构和发讯方式方面经历了20多年的应用和改进，这使体积管的重复性更上了一个层次，对体积管流量系统的长期稳定有一个较高的提升。

三、检测开关发讯位置准确度对体积管流量装置不确定度影响的评估

设计体积管管径为DN358(14″)，置换器过盈量为2.5%(球径Φ366)的胶球在管段中则形成平宽带面约60mm。

设计单向容积值为2000L，则0.02%允差为40mL;14″管径截面积1mm长度为100mL。

检测开关胶球(置换器)前沿触发或返向后沿触发，钢球顶杆上升高度1mm，则置换器管段内移动约2mm，1mm=0.2L(200mL)。

如检测开关触发，复位，反复多次，其上升平均高度(发讯位置)误差在0.1mm范围内时则为20mL。

不锈钢材质体积管标准体积管段由于内部管壁无涂层材料，其本身具有较好的容积稳定性，在实际运行过程中，体积管的标准体积段是以管段内运行的置换器触发检测开关作为起始标志及终止标志，所以置换器触发检测开关的灵敏程度及机械动作可靠程度直接影响标准容积段的计量准确度性能。综上可知，检测开关自身的灵敏程度所带来的测量结果的不确定度可忽略不计(检测开关“发讯器件”一般都是电子器件，反应性能都优于0.5ms或微秒级)，在置换器最大运行速度时触发动作也不会小于10ms，可忽略。而运行过程中检测开关机械动作响应时间性能和复位准确度则有直接关系。也就是说机械传动结构型式和点面结合均有关联，应注重设计和加工质量。

由此可见，触发位置准确度误差与截面积位移量成正比，不确定度误差因素也显而易见。因此，检测开关整体结构设计和制造工艺质量技术的重要性影响无疑很重要。