专利名称：一种流体换向装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及液体流量装置中的流体换向装置。
背景技术：
目前的国内外计量技术机构中，液体流量装置使用的换向装置主要有两种一是 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、分流漏斗2、第一换向流道31、第二换向流道32、换向器计时导杆4和光电转换 器5。其中，分流漏斗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与第一分流漏斗2固定连接，换向器计时导杆4上的计时挡板与光电转换 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①ItTtltl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；②阶段，在该阶段换向器逐渐完全换入，计时 器开始由t1(l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；③t2(l-t3(l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tlcrt2(l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； ④t3(l-t4(l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t2(l-t3(l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t4(l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t1Q-t4Q，由此可以得到换向器换向 周期内的平均流量为q = QZ(Vt1)。由于换向器喷嘴部分的流速分布不均勻及换向器换入/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ql = (B+C+G+D+E) / (、-、)。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。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种流体换向装置。为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是其流体换向装置包括换向喷 嘴、分流器、螺母、丝杠、伺服电机和光电转换及计时装置，所述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，计量腔位于第一分流腔和第二分流腔之间；换向喷嘴置于 分流器的上方，且第一分流腔、计量腔、第二分流腔中的其中一个的进水口与换向喷嘴的出 水口相对；所述丝杠与螺母连接，所述丝杠的端部与伺服电机的输出轴固定联接，所述螺母 与分流器固定连接；所述光电转换及计时装置包括计时器、固定支座、计时挡板、与计时挡 板相匹配的第一光电转换器和第二光电转换器，所述计时挡板与螺母固定联接，所述第一 光电转换器和第二光电转换器间隔固定安装在固定支座上，所述计时器通过导线分别与第 一光电转换器、第二光电转换器相连接。进一步地，本实用新型所述伺服电机用步进电机替换。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是本实用新型换向无流场扰动，不仅解 决了“裤衩”式开式换向器“换入/换出不同向”问题，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。

图1是“裤衩”式开式换向器的结构图；图2是“裤衩”式开式换向器的换向流量原理图；图3是本实用新型换向器的结构图；图4是本实用新型换向器的换向流量原理图；图5 图7是本实用新型换向器换向过程示意图。
具体实施方式
本实用新型完全摒弃了传统的“裤衩”式开式换向器的设计结构，采用了一种全新 的设计结构。如图3所示，主要包括换向喷嘴1、分流器6、螺母7、丝杠8、伺服电机9和光 电转换及计时装置，其中，光电转换及计时装置包括第一光电转换器101、第二光电转换器102、固定支座12、计时挡板11及计时器13。如图3所示，本实用新型的流体换向装置包括换向喷嘴1、分流器6、螺母7、丝杠 8、伺服电机9和光电转换及计时装置。其中，分流器6由相互隔离的第一分流腔61、计量腔 63和第二分流腔62构成，计量腔63位于第一分流腔61和第二分流腔62之间。换向喷嘴 1置于分流器6的上方，且第一分流腔61、计量腔63、第一分流腔61中的其中一个的进水口 与换向喷嘴1的出水口相对。计量腔63的底部设有出水口，以使计量腔63中的水流能够 流入计量罐；第一分流腔61和第二分流腔62也分别设有出水口，以使第一分流腔61和第 二分流腔62中的水流能够流入循环水池。此外，丝杠8与螺母7连接，丝杠8的端部与伺 服电机9的输出轴固定联接，螺母7与分流器6固定连接。光电转换及计时装置包括计时 器13、计时挡板11、第一光电转换器101、第二光电转换器102和固定支座12，计时挡板11 与螺母7固定联接，第一光电转换器101和第二光电转换器102间隔固定安装在固定支座 12上。计时挡板11与第一光电转换器101和第二光电转换器102相匹配，使计时挡板11 与第一光电转换器101或第二光电转换器102靠近，计时器13通过导线分别于第一光电转 换器101和第二光电转换器102相连接。作为本实用新型的一种实施方式，伺服电机9可用步进电机替换。使用本实用新型的换向器时，可将换向喷嘴1固定在一个支架上(图中未示出) 并与静态水流量标准装置中的相应出水管道相连接。伺服电机9也固定在上述支架上，并 通过丝杠8、螺母7与分流器6相连接，由伺服电机9通过丝杠8和螺母7对分流器6进行 驱动，其中分流器6水平安装在导轨上(图中未示出)。在伺服电机9拖动分流器6水平移 动的过程中，固定在固定支座12上的第一光电转换器101、第二光电转换器102与固定在螺 母7上的计时挡板11相互配合产生计时控制信号。用本实用新型流体换向装置进行换向和计时可以首先以第一分流腔61为起点， 使分流器6进行正向水平移动开始流体的换向和计时循环过程。具体工作过程按以下步骤 进行1)如图5所示，控制伺服电机9拖动分流器6水平移动，由丝杠8和螺母7配合拖 动分流器6进行水平移动直至第一分流腔61的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使换向喷 嘴1喷出的水流经由第一分流腔61流入循环水池。2)如图6所示，利用伺服电机9正向旋转控制丝杠8运动，由丝杠8和螺母7配 合拖动分流器6进行正向水平移动直至计量腔63的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使换 向喷嘴1喷出的水流流入计量腔63，再由计量腔63底部的出水口进入计量罐(图中未示 出)。在分流器6正向水平移动的同时，计时挡板11朝第一光电转换器101所在方向正向 运动，并在经过第一光电转换器101时，由第一光电转换器101发出脉冲信号，计时器13在 接收到第一光电转换器101发出脉冲信号时开始计时。3)如图7所示，利用伺服电机9正向旋转控制丝杠8运动，由丝杠8和螺母7配合 拖动分流器6进行正向水平移动直至第二分流腔62的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使 换向喷嘴1喷出的水流流入第二分流腔62，再流入循环水池；在分流器6正向水平移动的 同时，计时挡板11朝第二光电转换器102所在方向正向运动，并在经过第二光电转换器102 时，由第二光电转换器102发出脉冲信号，计时器13在接收到第二光电转换器102发出脉 冲信号时停止计时，此时完成一个换向过程。[0020]4)利用伺服电机9反向旋转控制丝杠8运动，由丝杠8和螺母7配合拖动分流器 6进行反向水平移动直至计量腔63的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使换向喷嘴1喷出 的水流流入计量腔63，再由计量腔63底部的出水口进入计量罐；在分流器6反向水平移动 的同时，计时挡板11朝第二光电转换器102所在方向反向运动，并在经过第二光电转换器 102时，由第二光电转换器102发出脉冲信号，计时器13在接收到第二光电转换器102发出 脉冲信号时开始计时。5)利用伺服电机9反向旋转控制丝杠8运动，由丝杠8和螺母7配合拖动分流器 6进行反向水平移动直至第一分流腔62的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使换向喷嘴1 喷出的水流流入第一分流腔62，再流入循环水池；在分流器6反向水平移动的同时，计时挡 板11朝第一光电转换器101所在方向反向运动，并在经过第一光电转换器101时，由第一 光电转换器101发出脉冲信号，计时器13在接收到第一光电转换器101发出脉冲信号时停 止计时，此时完成另一个换向过程，从而本实用新型完成了一个换向循环过程。返回执行步 骤2)以重复上述步骤，则可利用本实用新型流体换向装置不断进行流体换向。作为本实用新型的另一种实施方案，使用本实用新型流体换向装置进行换向和计 时也可以首先以第二分流腔62为起点，使分流器6进行反向水平移动开始流体的换向和计 时循环过程，具体包括如下步骤1)利用伺服电机9控制丝杠8运动，由丝杠8和螺母7配合拖动分流器6进行水 平移动直至第二分流腔62的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使换向喷嘴1喷出的水流经 由第二分流腔62流入循环水池。2)利用伺服电机9反向旋转控制丝杠8运动，由丝杠8和螺母7配合拖动分流器 6进行反向水平移动直至计量腔63的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使换向喷嘴1喷出 的水流流入计量腔63，再由计量腔63底部的出水口进入计量罐；在分流器6反向水平移动 的同时，计时挡板11朝第二光电转换器102所在方向反向运动，并在经过第二光电转换器 102时，由第二光电转换器102发出脉冲信号，计时器13在接收到第二光电转换器102发出 脉冲信号时开始计时。3)利用伺服电机9反向旋转控制丝杠8运动，由丝杠8和螺母7配合拖动分流器 6进行反向水平移动直至第一分流腔61的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使换向喷嘴1 喷出的水流流入第一分流腔61，再流入循环水池；在分流器(6)反向水平移动的同时，计时 挡板11朝第一光电转换器101所在方向反向运动，并在经过第一光电转换器101时，由第 一光电转换器101发出脉冲信号，计时器13在接收到第一光电转换器101发出脉冲信号时 停止计时，此时完成一个换向过程。4)利用伺服电机9正向旋转控制丝杠8运动，由丝杠8和螺母7配合拖动分流器 6进行正向水平移动直至计量腔63的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使换向喷嘴1喷出 的水流流入计量腔63，再由计量腔63底部的出水口进入计量罐；在分流器6正向水平移动 的同时，计时挡板11朝第一光电转换器101所在方向正向运动，并在经过第一光电转换器 101时，由第一光电转换器101发出脉冲信号，计时器13在接收到第一光电转换器101发出 脉冲信号时开始计时。5)利用伺服电机9正向旋转控制丝杠8运动，由丝杠8和螺母7配合拖动分流器 6进行正向水平移动直至第二分流腔62的进水口对准换向喷嘴1的出水口，使换向喷嘴1喷出的水流流入第二分流腔62，再流入循环水池；在分流器(6)正向水平移动的同时，计时 挡板11朝第二光电转换器102所在方向反向运动，并在经过第二光电转换器102时，由第 二光电转换器102发出脉冲信号，计时器13在接收到第二光电转换器102发出脉冲信号时 停止计时，此时完成另一个换向过程，从而本实用新型完成了一个换向循环过程；重复上述 步骤，则可利用本实用新型流体换向装置不断进行流体换向。本实用新型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2))和计时结束(对应上述工作过程的步骤3))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实用新 型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Cll = (B+C+G+D+E) / (、-、)= (A+B+G+E+F) / (、-、)= q。
权利要求1.一种流体换向装置，其特征在于包括换向喷嘴(1)、分流器(6)、螺母(7)、丝杠 (8)、伺服电机(9)和光电转换及计时装置，所述分流器(6)内设有相互隔离的第一分流腔(61)、计量腔(6 和第二分流腔(62)，计量腔(6 位于第一分流腔(61)和第二分流腔(62)之间；换向喷嘴(1)置于分流器(6)的上方，且第一分流腔(61)、计量腔(63)、第二分 流腔(62)中的其中一个的进水口与换向喷嘴(1)的出水口相对；所述丝杠⑶与螺母(7) 连接，所述丝杠⑶的端部与伺服电机(9)的输出轴固定联接，所述螺母(7)与分流器(6) 固定连接；所述光电转换及计时装置包括计时器(13)、固定支座(12)、计时挡板(11)、与计 时挡板(11)相匹配的第一光电转换器(101)和第二光电转换器(102)，所述计时挡板(11) 与螺母(7)固定联接，所述第一光电转换器(101)和第二光电转换器(102)间隔固定安装 在固定支座(1 上，所述计时器(1 通过导线分别与第一光电转换器(101)、第二光电转 换器(102)相连接。
2.根据权利要求1所述的流体换向装置，其特征在于所述伺服电机(9)用步进电机替换。
专利摘要本实用新型公开一种流体换向装置。其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，计量腔位于第一分流腔和第二分流腔之间；换向喷嘴在分流器上方，且第一分流腔、计量腔、第二分流腔中的其中一个的进水口与换向喷嘴的出水口相对；丝杠与螺母连接，丝杠端部与伺服电机输出轴固定联接，螺母与分流器固定连接；光电转换及计时装置的计时挡板与螺母固定联接，且其第一光电转换器和第二光电转换器间隔固定安装在固定支座上，计时器则通过导线分别与第一光电转换器和第二光电转换器相连接。本实用新型的优点是换向无流场扰动，通过实现换向器的“换入/换出同向”，大大减小换向器换向引起的不确定度，提高测量准确度。
文档编号G01F25/00GK201926475SQ20102066294
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者郑建英, 马龙博 申请人:浙江省计量科学研究院