利用電磁流量計(jì)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

1、<p>　　利用電磁流量計(jì)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　某水表公司采用以標(biāo)準(zhǔn)水表作為“母表”，單片機(jī)控制光電反射式自動多水表檢定系統(tǒng)。檢定系統(tǒng)中“母表”在使用一段時間后機(jī)芯容易出現(xiàn)機(jī)械磨損，影響檢定精度。隨著時代不斷進(jìn)步，采用非接觸或無磨損流量計(jì)替代標(biāo)準(zhǔn)水表作為“母表”，已經(jīng)成為一種趨勢，

2、建立一個以非接觸或無磨損流量計(jì)為“母表”的水表檢定系統(tǒng)能夠很好的解決機(jī)芯機(jī)械磨損帶來檢定精度不足的問題。公司采用電磁流量計(jì)來替代標(biāo)準(zhǔn)水表作為“母表”，在水表檢定過程中，“母表”的穩(wěn)定性顯特別的重要，影響“母表”穩(wěn)定性的因素是多方面的，包括水流穩(wěn)定性、水壓穩(wěn)定性、檢定平臺水平度、開關(guān)閥門速度、電磁流量計(jì)電壓等。為減少某些影響因素對電磁流量計(jì)穩(wěn)定性的影響，提出設(shè)計(jì)利用電磁流量計(jì)容積比對式的水表檢定系統(tǒng)來減少開關(guān)閥門速度、水壓穩(wěn)定性給電磁流量

3、計(jì)穩(wěn)定性造成的影響。</p><p>　　利用電磁流量計(jì)容積比對式的水表檢定系統(tǒng)，是建立在機(jī)械技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)和接口技術(shù)等基礎(chǔ)上的綜合技術(shù)。采用LPC9401單片機(jī)控制電磁閥得電和失電來控制氣缸的伸縮。系統(tǒng)在水流穩(wěn)定后，按鍵控制電磁閥得電來控制氣缸活塞桿動作推動水管，讓水管入水口到達(dá)計(jì)量桶上方，水流入計(jì)量桶內(nèi)，同時電磁流量計(jì)開始脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)電磁流量計(jì)脈沖計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時，發(fā)送信號給單片機(jī)控制電磁閥失電，

4、氣缸推動水管到計(jì)量桶外，比對計(jì)量桶內(nèi)水量和電磁流量計(jì)預(yù)設(shè)流量，計(jì)算誤差，完成一次工作。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分和電控部分兩大塊。機(jī)械部分包括氣缸推動水管部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣缸固定部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。電控部分包括單片機(jī)和傳感器等硬件的選擇，換向機(jī)構(gòu)電路部分的設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。針對電磁流量計(jì)穩(wěn)定性不好，需要做大量的實(shí)驗(yàn)，研究在各種流量下使用電磁流量計(jì)進(jìn)行檢定存在的規(guī)律并找出合適的檢定方法。同時對容積比對式水表檢

5、定系統(tǒng)進(jìn)行程序調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，找出影響電磁流量計(jì)穩(wěn)定性的主要因素，提出整改方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞：檢定，容積式，單片機(jī)，電磁流量計(jì)</p><p>　　Volume ratio using electromagnetic flow-meters for water meter calibration system design and manufacture</p>

6、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　A water meter adopt reflected photoelectric automatic multiple water meter calibration system based on micro-controller with standard water meter as the matric

7、es．However，the matrices are damaged after using a period of time，thus affecting the accuracy of the calibration．With the continuous progress of the era，the use of non-contact or no wear and tear flow-meters instead of th

8、e standard meter as the matrices is a new trend and the establishment of an non-contact or no wear and tear flow-meter as</p><p>　　This kind of water meter calibration system about electromagnetic flow-meter

9、 volume comparison base on the integrated technology such asmechanical technology，sensor technology，single-chip microcomputer technology，drive technology and interface technology．More， it uses LPC9401 SCM to control sole

10、noid valve so as to control the pros and cons of electric telescopic cylinders．The buttons to control SCM make solenoid valve gain power，while water pipe to get water run into measuring tank when water fl</p><

11、p>　　The design of this product is the reversing mechanism about cylinder to promote water，including mechanical parts and electric control parts．Electric control sections include the choice of SCM and sensors etc and t

12、he design of the circuit and software design about control system．a(chǎn)lso need to do a lot of experiments，research using electromagnetic flow-meter verification under various traffic rule and find out the appropriate test m

13、ethod． To volume ratio on water meter calibration system at the sam</p><p>　　Keywords: calibration, displacement, microcontroller, electromagnetic flow-meter</p><p><b>　　目 錄</b><

14、/p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 研究背景1</p><p>　　1.3主要研究內(nèi)容2</p><p>　　第2章 穩(wěn)定性與流量關(guān)系實(shí)驗(yàn)3</p><p&

15、gt;　　2.1電磁流量計(jì)簡介2</p><p>　　2.2 穩(wěn)定性與流量關(guān)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析4</p><p>　　2.2.1 各種流量測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析5</p><p>　　2.2.1.1 各種流量同一裝夾下多次測量5</p><p>　　2.2.1.2 各種流量重新裝夾下測量5</p><p>　　2.2.

16、1.3 大流量多工位測量6</p><p>　　2.2.2 影響因素的分析6</p><p>　　第3章 換向機(jī)構(gòu)機(jī)械部分設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 換向機(jī)構(gòu)簡介8</p><p>　　3.2 機(jī)械部分的執(zhí)行元件確定8</p><p>　　3.3 換向機(jī)構(gòu)方案確定8</p><p

17、>　　3.3.1 水管兩點(diǎn)布局分布8</p><p>　　3.3.2 連桿推動方案10</p><p>　　3.3.3 杠桿推動方案11</p><p>　　3.3.4 氣缸擺動推動方案13</p><p>　　3.3.5 間隙法氣缸直接推動方案14</p><p>　　3.4 氣缸固定方案的確定15

18、</p><p>　　3.4.1 在計(jì)量桶外固定氣缸方案15</p><p>　　3.4.2 在計(jì)量桶上固定氣缸方案15</p><p>　　3.5 機(jī)械部份的計(jì)算與設(shè)計(jì)選型16</p><p>　　3.5.1 水管移動速度與所需力的計(jì)算16</p><p>　　3.5.2 氣缸的選型17</p>

19、<p>　　3.5.3 氣缸連接件的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.5.4 螺栓強(qiáng)度校核18</p><p>　　第4章 換向機(jī)構(gòu)電路控制部分設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 控制方案19</p><p>　　4.2 電子元件的選擇19</p><p>　　4.2.1單片機(jī)的選用19&l

20、t;/p><p>　　4.2.2 電磁閥的選用20</p><p>　　4.2.3 繼電器的選用21</p><p>　　4.2.4 光電耦合器的選用21</p><p>　　4.2.5 穩(wěn)壓器的選用21</p><p>　　4.3 換向機(jī)構(gòu)電路設(shè)計(jì)部分22</p><p>　　4.3.1

21、 繼電器控制電路22</p><p>　　4.3.2 脈沖采集電路23</p><p>　　4.3.3 電源電路23</p><p>　　4.4 程序設(shè)計(jì)編寫及調(diào)試與實(shí)驗(yàn)24</p><p>　　4.4.1 主程序介紹及其流程框圖24</p><p>　　4.4.2 鍵盤中斷程序介紹及其流程框圖25<

22、/p><p>　　4.4.3 脈沖采集中斷程序介紹及其流程框圖27</p><p>　　4.4.4 模擬程序的編寫28</p><p>　　4.4.5 程序調(diào)試與容積實(shí)驗(yàn)28</p><p>　　4.4.5.1 程序調(diào)試28</p><p>　　4.4.5.2 容積比對實(shí)驗(yàn)29</p><p&

23、gt;<b>　　總 結(jié)30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　謝 辭32</b></p><p>　　附錄一：穩(wěn)定性與流量關(guān)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)33</p><p>　　附錄二：控制程序40</p><p

24、>　　附錄三：容積比對式實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)42</p><p>　　附錄四：實(shí)物照片45</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　近年來，隨著水資源的日益匱乏，人們對于合理的使用水資源愈加重視。無論是城市還是大多數(shù)農(nóng)村都

25、使用自來水，并且按使用量來收費(fèi)，因此需要一個準(zhǔn)確的計(jì)量器來計(jì)量水的使用量，這不僅關(guān)系到提供自來水的公司的利益，這也關(guān)系到許許多多自來水使用的家庭和企業(yè)的切身利益，所以自來水表能否進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量非常重要。所以在生產(chǎn)水表過程中，要對水表進(jìn)行檢定，水表計(jì)量準(zhǔn)確度的檢定就顯得很重要，在能夠保證精度的前提下，又能夠保證企業(yè)高效率的生產(chǎn)。</p><p>　　自動水表檢定裝置是由一套完整的水路系統(tǒng)（試驗(yàn)臺、水表固定連接機(jī)構(gòu)），

26、包括：流量計(jì)數(shù)（玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、流量控制閥），計(jì)量桶系統(tǒng)（玻璃管液位標(biāo)尺），電器控制系統(tǒng)（水泵、氣泵），電控系統(tǒng)（電磁閥）。檢定方法使用容積法，即水流經(jīng)管道，通過水表進(jìn)入計(jì)量桶，水位靜止后，比較水表計(jì)量器（電磁流量計(jì)）與計(jì)量桶中的讀數(shù)，求出示值誤差 [1]。</p><p><b>　　1.2 研究背景</b></p><p>　　某水表公司現(xiàn)在的檢定水表方法有單個水

27、表檢定法，每一臺水表均在大流量Q3，分界流量Q2，和小流量Q1這三個流量點(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2.5m3/h；根據(jù)檢定規(guī)則Q3/Q1為160，則小流量Q1為0.016 m3/h，Q2/Q1為1.6，所以Q2為0.025m3/h。在這三個流量點(diǎn)下采用容積比對法進(jìn)行檢定，當(dāng)流過一定水量到計(jì)量桶時，讀出水表的水量和計(jì)量桶內(nèi)的水量，計(jì)算出誤差，從而進(jìn)行校準(zhǔn)。這個方法誤差較大，水表在進(jìn)行分界流量和

28、小流量檢定時，水流小，效率低。公司為改變這種檢定方法存在的不足采用由單片機(jī)控制的以標(biāo)準(zhǔn)水表作為“母表”的光電反射式自動多水表檢定系統(tǒng)，來對水表進(jìn)行分界流量和小流量的檢定。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。但是這個檢定系統(tǒng)的“母表”在使用一段時間后，內(nèi)部機(jī)芯容易出現(xiàn)機(jī)械磨損，從而影響到檢定精度。隨著時代的不斷進(jìn)步，采用非接觸或無磨損流量計(jì)來替代標(biāo)準(zhǔn)水表作為“母表”已經(jīng)成為一種趨勢，建立一個以電磁流量計(jì)為“母表”的水表檢定系

29、統(tǒng)能夠很好的解決機(jī)械磨損的問題。</p><p>　　在水表的檢定系統(tǒng)中，“母表”穩(wěn)定性顯得尤為重要。若“母表”存在一個固定誤差在檢定中可以采用正負(fù)抵消，而當(dāng)“母表”誤差存在跳動時，則無法取得一個合理的值來進(jìn)行正負(fù)抵消，這就無法進(jìn)行水表檢定。在使用電磁流量計(jì)進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電磁流量計(jì)不穩(wěn)定，存在的跳動較大。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、平臺水平度、開關(guān)閥門速度、電磁流量計(jì)的電流不穩(wěn)

30、定等因素。為了減少這些因素對電磁流量計(jì)穩(wěn)定性帶來的影響，設(shè)計(jì)電磁流量計(jì)容積比對式的水表檢定系統(tǒng)來減少由水流穩(wěn)定性、水壓穩(wěn)定性、開關(guān)閥門速度給電磁流量計(jì)穩(wěn)定性測量帶來的影響。</p><p>　　1.3 主要研究內(nèi)容</p><p>　　利用電磁流量計(jì)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)主要由水管換向機(jī)構(gòu)、氣缸及其驅(qū)動模塊、P89LPC9401單片機(jī)控制系統(tǒng)等模塊組成。研究的主要內(nèi)容為通過單片機(jī)控制電磁

31、閥來實(shí)現(xiàn)氣缸推動水管換向，實(shí)現(xiàn)水流在不同需要的情況下進(jìn)入到不同的位置。</p><p>　　本文各章內(nèi)容安排如下：</p><p>　　第一章：介紹畢業(yè)論文的主要研究內(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)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)來減少水流穩(wěn)定性和

32、開關(guān)閥門對電磁流量計(jì)穩(wěn)定性的影響。</p><p>　　第二章：主要對電磁流量計(jì)做一個簡介，同時進(jìn)行流量與電磁流量計(jì)穩(wěn)定性關(guān)系實(shí)驗(yàn)，及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分。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)，同時分析因素和提出解決方案。</p><p>　　第三章：主要介紹了機(jī)臺實(shí)際情況，并針對任務(wù)要求和實(shí)際情況提出各種機(jī)構(gòu)方案介紹，然后介紹了氣缸的幾種固定方案，接著對設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，

33、進(jìn)行氣缸的選擇。</p><p>　　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)行的容積比對式實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析。</p><p>　　最后是對全文進(jìn)行總結(jié)。</p><p>　　第2章 穩(wěn)定性與流量關(guān)系實(shí)驗(yàn)</p

34、><p>　　2.1 電磁流量計(jì)簡介</p><p>　　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)部有一個磁場，水流經(jīng)過磁場與磁場方向垂直，做切割磁場運(yùn)動，磁場的兩端將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的大小與水流運(yùn)動速度及磁場強(qiáng)度大小成正比[2]。</p><p>　　如圖2-1所示，當(dāng)水流以平均速度，通過內(nèi)徑為的絕緣管子流動時，這絕緣管子放在一個均勻磁感

35、應(yīng)強(qiáng)度為的磁場中，在電極上就會有感應(yīng)出電動勢產(chǎn)生，表示為,則</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　水流流量表示為： （2-2）</p><p>　　感應(yīng)電動勢示為：

36、 （2-3）</p><p><b>　　設(shè)： </b></p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　則： （2-5）</p><p>　　

37、可見，流量與電動勢成正比。 </p><p>　　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，頻率的輸出是一個連續(xù)的方波；或者脈沖的輸出是矩形波，其接線電路如圖2-2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]。</p><p>　　圖 2-1 電磁流量計(jì)原理圖</p><p>　　圖 2-2 電磁流量計(jì)接線圖<

38、;/p><p>　　2.2 穩(wěn)定性與流量關(guān)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析</p><p>　　為研究電磁流量計(jì)在各種流量下進(jìn)行檢定，存在的規(guī)律和找出合適的檢定方法，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析來發(fā)現(xiàn)其中存在的誤差、跳動，通過不同的實(shí)驗(yàn)找出最佳測量方法，并發(fā)現(xiàn)存在的影響穩(wěn)定性的因素，做出判斷和改正。針對電磁流量計(jì)在某水表公司實(shí)驗(yàn)存在穩(wěn)定性較差的問題，進(jìn)行了多種實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用電磁流量計(jì)作為母表，在各個工

39、位上安裝15mm口徑的不同編號的水表，6個編號分別為60108、60103、60131、60165、60185、60104，分別采用，樣表一、樣表二、樣表三、樣表四、樣表五、樣表六來表示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見附錄1。</p><p>　　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)測量30次，分界流量和小流量各測量5次。第二組實(shí)驗(yàn)為同一工位下每測完一次，樣表進(jìn)行重新裝夾，大流量測量21次，分界流量測量5次，小流

40、測量3次。第三組實(shí)驗(yàn)采用的不同工位下的測量，即樣表一在第一工位測量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，最后一個工位的樣表放到第一工位。測量5次后進(jìn)行一次輪換，直到每個樣表表在每個工位下都測量5次。</p><p>　　2.2.1各種流量測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析</p><p>　　2.2.1.1各種流量同一裝夾下多次測量</p><

41、;p>　　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。從表2-1大流量一欄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，大流量30次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示電磁流量計(jì)的跳動為0.6，各樣表都采用標(biāo)準(zhǔn)水表的誤差較小跳動也較小，樣表一跳動為0.15，樣表二跳動為0.24，樣表三跳動為0.08，樣表四跳動為0.18，樣表五跳動為0.11，樣表六跳動為0.2。</p>

42、<p>　　從表2-1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，跳動變大為4.4，其余工位的誤差相對于大流的跳動有了普遍的提高，具體為樣表一跳動為1，樣表二跳動為1，樣表三跳動為1，樣表四跳動為1，樣表五跳動為0.6，樣表六跳動為1.19。</p><p>　　從表2-1小流量一欄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，其跳動比大流更大。電磁流量計(jì)跳動為6，樣表一跳動為1.6，樣表二跳動為0.4，樣表三跳動為0.8，

43、樣表四跳動為2.4，樣表五跳動為3.18，樣表六跳動為1.7。小流后面各個工位上的標(biāo)準(zhǔn)水表的跳動相對于分界流有的變大有的變小。</p><p>　　從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析上可以明顯的看出，在大流量測量下電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性最好，但還是無法滿足要求，正常要求流量計(jì)的跳動在0.5以內(nèi)，在這個要求內(nèi)，小流量和分界流量的測量中電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性不好，無法滿足水表檢定要求。</p><p>　　表 2-1

44、各種流量同一裝夾下多次測量值跳動表</p><p>　　2.2.1.2各種流量重新裝夾下測量</p><p>　　本重新裝夾下測量指每完成一次實(shí)驗(yàn)將各個水表拆下在裝上，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。從表2-2大流量一欄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出在誤差和跳動上和同一裝夾下多次測量實(shí)驗(yàn)上相近，具體跳

45、動為電磁流量計(jì)跳動為0.71，樣表一跳動為0.27，樣表二跳動為0.18，樣表三跳動為0.18，樣表四跳動為0.18，樣表五跳動為0.19，樣表六跳動為0.12。</p><p>　　在分界流量一欄中數(shù)據(jù)可以看出重新裝夾下測量中電磁流量計(jì)的動變大，但是這個變化小于同一裝夾下多次測量的測量數(shù)據(jù)，具體跳動為電磁流量計(jì)跳動為2.2，樣表一跳動為1，樣表二跳動為0.2，樣表三跳動為0.4，樣表四跳動為0.2，樣表五跳動為

46、0.4，樣表六跳動為1。</p><p>　　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量的電磁流量計(jì)的跳動很小，后面各個工位的水表的跳動變大具體為電磁流量計(jì)跳動為0.2，樣表一跳動為1.6，樣表二跳動為5.82，樣表三跳動為0.4，樣表四跳動為4.2，樣表五跳動為0.46，樣表六跳動為2.4。</p><p>　　從數(shù)據(jù)可以看出，電磁流量和各個型號在大流量下測量還是比分解流量和小流量測量

47、穩(wěn)定性更好，分界流量下跳動變大，小流量則出現(xiàn)比較異常的跳動數(shù)據(jù)，總體可以看出對于電磁流量計(jì)來說，重新裝夾下測量跳動變化比同一裝夾下多次測量更小。</p><p>　　表 2-2 各種流量重新裝夾下測量值跳動表</p><p>　　2.2.1.3大流量多工位測量</p><p>　　從表2-3大流量多工位測量跳動表可以看出，電磁流量計(jì)的跳動比較小，控制在0.5以內(nèi)，各

48、個型號的水表的跳動也比較小。</p><p>　　從以上的分析可以得出一點(diǎn)結(jié)論就是大流量的測量比小流和分界流的測量穩(wěn)定性好。但是在大流量下電磁流量計(jì)的總體跳動還是無法滿足要求，需要找出影響穩(wěn)定性的因素，提出改進(jìn)方案。</p><p>　　表 2-3　大流量多工位測量值跳動表</p><p>　　2.2.2影響因素的分析</p><p>　　對

49、于多水表檢定平臺采用的以“母表”為基準(zhǔn)，測出被測水表的誤差從而進(jìn)行修正，比如當(dāng)“母表”有一個較固定的誤差時，可以采用抵消法來調(diào)整被測水表。所以“母表”的誤差影響不大，而“母表”的誤差跳動較大大將導(dǎo)致無法進(jìn)行水表檢定，所以需要將電磁流量計(jì)的誤差跳動要控制在0.5以內(nèi)。從上述數(shù)據(jù)看，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)跳動不在0.5以內(nèi)。但是公司使用的這個電磁流量計(jì)在福建省計(jì)量科學(xué)研究院檢定滿足要求。分析影響穩(wěn)定性的因素可能原因包括：</p><

50、;p>　?。?） 水流紊流的影響，尤其在小流量檢定時受影響最大，故穩(wěn)定性較差；</p><p>　?。?） 實(shí)驗(yàn)中開關(guān)閥門帶來的影響；</p><p>　?。?） 電壓的不穩(wěn)定帶來的影響；</p><p>　?。?） 檢定平臺水平度的影響。</p><p>　　針對上述可能的存在的影響因素公司提出了一些解決方案：</p&g

51、t;<p>　?。?） 對于水流的不穩(wěn)定和開關(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做比對，所取的水流段是在開關(guān)開啟后水流穩(wěn)定是的水流段，同時針對這個影響公司還正在做容積比對式水表檢定系統(tǒng)和稱重式水表檢定系統(tǒng)。</p><p>　　（2） 對于電壓造成的不穩(wěn)定，可采取的措施包括加一個整流器和采用多點(diǎn)接地。</p><p>　?。?） 對水流管道增加整流器，減少

52、紊流帶來的影響。</p><p>　　第3章 換向機(jī)構(gòu)機(jī)械部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 換向機(jī)構(gòu)簡介</p><p>　　換向機(jī)構(gòu)是整個利用電磁流量計(jì)的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的基礎(chǔ)機(jī)械部分，用于實(shí)現(xiàn)將氣缸的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為水管的圓周運(yùn)動，設(shè)計(jì)中采用間隙法來實(shí)現(xiàn)直接推動。氣缸的動作受單片機(jī)控制，在不同的需要時完成不同動作，帶動換向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水管的兩點(diǎn)移動，設(shè)計(jì)中采

53、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，從而控制氣缸動作。</p><p>　　3.2機(jī)械部分的執(zhí)行元件確定</p><p>　　機(jī)械部分執(zhí)行元件是指受控制器的控制信息來完成對控制對象的控制作用的元件，它能夠?qū)㈦娔芑蛄黧w等能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或其他形式的能量，根據(jù)控制要求改變控制對象的機(jī)械動作狀態(tài)或者一些其他狀態(tài)（如溫度、壓力等），能夠直接作用于控制對象，起

54、到“手”和“腳”的作用[3]。</p><p>　　在機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)中，動力執(zhí)行元件由輸入的物質(zhì)能量的不同可分為電動、液壓和氣動。電動執(zhí)行元件能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成機(jī)械能，經(jīng)常使用的電動執(zhí)行原件主要包括有電機(jī)、電磁制動器、繼電器等，電動執(zhí)行元件具有很寬的調(diào)速幅度、非常的靈敏、響應(yīng)快、能長時間地工作，在某些特別的情況下，還能滿足防爆、防腐、耐高溫等特殊要求[3]。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)動平穩(wěn)，可以實(shí)

55、現(xiàn)無級調(diào)速，能夠傳遞較大的動力，但是需要一個完整的供油系統(tǒng)，還會出現(xiàn)泄漏，液壓元件對精度要求很高，價格貴。氣動執(zhí)行元件不僅可以提供較高的動力，且使用的是空氣無污染，能夠進(jìn)行集中的供應(yīng)和長距離的傳輸，與液壓執(zhí)行原件和電動執(zhí)行原件相比，同條件下功率較小，而且速度不容易控制，所以多用于對點(diǎn)位控制精度不高的系統(tǒng) [4]。</p><p>　　3.3 換向機(jī)構(gòu)方案確定</p><p>　　3.3.1

56、 水管兩點(diǎn)布局分布</p><p>　　在公司現(xiàn)場測量得出實(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)動點(diǎn)到入水口的距離為600mm，轉(zhuǎn)動點(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40mm.水管入水口距離計(jì)量桶的中心為20mm，通過這些實(shí)測數(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3-1。</p><p>　

57、　圖 3-1 水管布局分布圖</p><p>　　從圖3-1可以看出，水管做圓周運(yùn)動，在計(jì)量桶上方以水管原有位置為中心，水管的布局分布方案有兩種，在計(jì)量桶兩側(cè)布局分布。在布局分布的過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)入水池的過程中水不會流到計(jì)量桶的上沿壁上，同時又要考慮在實(shí)驗(yàn)過程中入水口不能離計(jì)量桶的內(nèi)外壁太遠(yuǎn)而造成在水管移動過程

58、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8—10mm的距離，在移動中水一直在流出，為了減少水管移動中的帶來的誤差，兩個位置要保證距離內(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，而不會使水流到計(jì)量桶巖壁上。</p>

59、<p>　　布局分布第一方案這一側(cè)有許多不同流量的水管用于不同流量下的水表檢定，空間較小，若需要將換向機(jī)構(gòu)安裝在計(jì)量桶外側(cè)，即布局分布第一方案的外側(cè)，則會出現(xiàn)空間不足，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。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將水流引入到水池中，銜接水管設(shè)計(jì)較為簡單。</p><p>　　布局分布第二方案一側(cè)側(cè)是在檢定系統(tǒng)

60、外部，有一個較大的空間，擁有足夠的空間來安裝換向機(jī)構(gòu)，但是這一側(cè)在水池外部，當(dāng)水管入水口處于布局分布第二方案水管位置二時，水流進(jìn)入到水池外部，需要采用一個水管來銜接將水引到水池中，這銜接水管的設(shè)計(jì)和安裝會比較復(fù)雜。</p><p>　　3.3.2 連桿推動方案</p><p>　　水管入水口的兩點(diǎn)運(yùn)動軌跡是一個圓弧，而氣缸的活塞桿運(yùn)動軌跡為直線，采用連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)由直線運(yùn)動變?yōu)閳A弧運(yùn)動[

61、5]。其原理圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖 3-2 連桿推動原理圖</p><p>　　氣缸和滑塊采用螺紋固定，滑塊與連桿直接是通過轉(zhuǎn)動副連接，連桿與水管則需要通過轉(zhuǎn)動副來連接。氣缸利用活塞桿的伸縮帶動滑塊做直線運(yùn)動，滑塊帶動連桿動作，從而帶動水管做圓弧運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為圓弧運(yùn)動。</p><p>　　如圖3-3所示，在布局分布方案中分析到，

62、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，無法安裝下整個連桿推動機(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)。該方案在實(shí)驗(yàn)開始前水管處于水管位置二，氣缸處于收縮狀態(tài)，當(dāng)需要時給予一個信號控制氣缸伸長推動水管入水口到計(jì)量桶上方，讓水流入到計(jì)量桶內(nèi)。</p><p>　　采用該方案能夠很好的將直線運(yùn)動軌跡變?yōu)閳A弧運(yùn)動軌跡，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)。但是該方案機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜

63、，需要采用兩個轉(zhuǎn)動副，轉(zhuǎn)動副要求精度較高，在加工過程中增加了難度；同時水管和連桿之間的轉(zhuǎn)動副無法直接在水管上連接，需要從水管焊接一個連接塊和連桿組成轉(zhuǎn)動副，而設(shè)計(jì)要求卻不能在水管山焊接；另外對于連桿的長度和氣缸的擺放位置計(jì)算要求很高，在設(shè)計(jì)中要求滿足水管入水口兩個位置距離計(jì)量桶內(nèi)外壁8-10mm距離要求，在連桿和滑塊之間的角度也要考慮，太大或者太小都會對整個設(shè)計(jì)造成很大的影響，角度太小很可能會造成死點(diǎn)，若太大，則對氣缸的選型造成很大影響

64、；采用這個方案的安裝則較為復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)一個固定方案，固定方案若采用從計(jì)量桶伸出固定板塊，則需要做一個支點(diǎn)支撐，若直接做一個固定板塊則高度很高；在設(shè)計(jì)中采用氣缸直接推動一個方形塊，還需要考慮由于滑塊和連桿重力造成的氣缸活塞桿產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，若用一個滑軌，則又增加機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性；當(dāng)水管入水口在位置二時，下方不是水池，因此在設(shè)計(jì)銜接管時也比較復(fù)雜。</p><p>　　處于對該設(shè)計(jì)的基本要求，用于做實(shí)驗(yàn)，要滿足加工簡便，

65、機(jī)構(gòu)簡單，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。</p><p>　　圖 3-3 連桿推動方案布局分布圖</p><p>　　3.3.3 杠桿推動方案</p><p>　　杠桿推動方案采用杠桿原理，通過杠桿的擺動來實(shí)現(xiàn)將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為圓弧運(yùn)動，如圖3-4所示。</p><p>　　圖 3-4 杠桿推動方案布局分布圖</p&

66、gt;<p>　　杠桿推動方案由于機(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)。如圖3-4所示，氣缸推動杠桿的一端，中間采用轉(zhuǎn)動副，另一端與水管連接，杠桿長度取400mm，靠近水管一側(cè)為200mm。該方案較連桿法簡便。但是該方案存在許多不足。杠桿沿中心位置的轉(zhuǎn)動副進(jìn)行圓周運(yùn)動，在水管一側(cè)，杠桿的圓弧軌跡和水管運(yùn)動的圓弧軌跡不一致，布局分布第一方案水管位置一這一側(cè)地方間隙達(dá)到3.6mm，在汽缸一側(cè)氣缸直線運(yùn)動軌跡于杠桿端

67、點(diǎn)運(yùn)動軌跡也不一樣，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造成在運(yùn)動過程中較大的沖擊力，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)動點(diǎn)和水管兩個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)動點(diǎn)和水管兩個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；同時汽缸的固定以及銜接水管的設(shè)計(jì)會出現(xiàn)和連桿推動法一樣的不足

68、；轉(zhuǎn)動副精度要求高，還要考慮氣缸固定問題。從加工，安裝，經(jīng)濟(jì)等各方面綜合考慮出發(fā)，該方案不是很適合。</p><p>　　3.3.4 氣缸擺動推動方案</p><p>　　氣缸擺動推動方案采用的是兩個轉(zhuǎn)動副來實(shí)現(xiàn)將氣缸的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿膱A弧運(yùn)動的，在氣缸做伸縮動作時，氣缸依靠第一轉(zhuǎn)動副做小幅度的擺動，如圖3-5所示。</p><p>　　圖 3-5 氣缸擺動推動

69、方案圖</p><p>　　氣缸擺動推動方案采用第一轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動副二來輔助完成直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閳A弧運(yùn)動，第一轉(zhuǎn)動副固定在氣缸的后支座上，使得氣缸可以擺動，轉(zhuǎn)動副二連接氣缸連接件和水管連接件，在水管做圓弧運(yùn)動時為保證氣缸的直線運(yùn)動二不至于卡死，氣缸做小幅度的擺動。為保證轉(zhuǎn)動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)動副三，轉(zhuǎn)動副三一方面能夠起到支撐作用，還可進(jìn)行轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動副二的連接設(shè)計(jì)如圖3-6所示

70、。</p><p>　　圖 3-6 轉(zhuǎn)動副二連接圖</p><p>　　水管外表面為圓表面，無法直接和連接轉(zhuǎn)動副，采用一個水管連接件來連接轉(zhuǎn)動副。水管與水管連接件為保證不會轉(zhuǎn)動則需要采取焊接的方式。</p><p>　　氣缸擺動推動方案采用兩個轉(zhuǎn)動副能夠很好的將氣缸的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿膱A弧運(yùn)動，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上較為簡單，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

71、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。但是采用該方案需要三個轉(zhuǎn)動副，加工精度要求高；在氣缸動作過程中，高速的沖擊會下氣缸要做小幅度的擺動，容易對氣缸造成損壞；同時考慮到氣缸和氣缸連接件的重力，需要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動副三來座位支撐，增加工藝，使得機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，同時又增加的摩擦阻礙；水管處無法直接與轉(zhuǎn)動副連接，需要采用一個水管連接件，為保證該連接件在動作過程中和水管不發(fā)生相互旋轉(zhuǎn)，需要采取焊接的方式，這樣

72、就破壞了機(jī)臺，是不被允許的。從機(jī)臺保護(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。</p><p>　　3.3.5間隙法氣缸直接推動方案</p><p>　　在前面的杠桿推動法中考慮到間隙，而在布局分布圖中可以發(fā)現(xiàn)，水管在做圓弧運(yùn)動位置一和位置二連線與圓弧的最高點(diǎn)的距離為1.2mm，這個距離比較小，考慮是不是可以采用間隙法來推動水管。間隙法指使用一個連接件直接與水管連接，該連接

73、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27.2mm，在動作過程中水管則能夠通過間隙來做調(diào)整而不使氣缸卡死。如圖3-7所示。</p><p>　　圖 3-7 間隙法氣缸直接推動方案圖</p><p>　　采用間隙法氣缸直接推動方案機(jī)構(gòu)簡單，在機(jī)構(gòu)上只需要設(shè)計(jì)一個氣缸連接件，氣缸連接件上與水管連接的空留有間隙，保證氣缸能正常動作，不被卡死。該機(jī)構(gòu)在水管布局分布

74、的選擇上可以選擇布局分布第一方案和布局分布第二方案，氣缸的安裝固定可以在計(jì)量桶上方或者計(jì)量桶外，選擇性多。但是采用間隙法氣缸直接推動方案在動作中沖擊力大，誤差較大，如果使用硬性材料加工氣缸連接件則會有很大的沖擊力對零件損傷很大，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)動點(diǎn)和水管兩個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)動過程中的間隙最小；設(shè)計(jì)氣缸連接件時需要考慮間隙大小的合理設(shè)計(jì)如果間隙取值過小

75、，則無法滿足動作要求，若間隙取值過大，則會有較大的沖擊力產(chǎn)生，間隙設(shè)定在2.0mm到3.0mm。</p><p>　　該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要用于公司做實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)任務(wù)要求結(jié)構(gòu)簡單，零件加工容易，控制精度要求較低。間隙法氣缸直接推動方案機(jī)構(gòu)非常簡單，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水管方案。</p><p>　　3.4氣缸固定方案的確定</p><p>　　

76、3.4.1 在計(jì)量桶外固定氣缸方案</p><p>　　采用間隙法只需要固定氣缸，因?yàn)闅飧走B接件采用尼龍棒很輕不要考慮重力給氣缸活塞桿帶來的彎矩。氣缸安裝固定如果采用計(jì)量桶外固定則對應(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安裝氣缸。但是采用這個方案如果從計(jì)量桶上伸出一個懸臂梁來固定氣缸，則懸臂梁需要一個支撐，才能解決懸臂梁彎曲的問題；若直接做一個從地面上架起的架子，則高度非常高，浪費(fèi)材料，增加加工和安

77、裝的難度；另外當(dāng)水流不進(jìn)入計(jì)量桶時候，水流的下方不是水池，則銜接水管的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。</p><p>　　3.4.2 在計(jì)量桶上固定氣缸方案</p><p>　　將氣缸直接固定在計(jì)量桶上，這個方案簡單，不會出現(xiàn)懸臂情況。而水管的布局分布可以是布局分布第一方案，也可以是布局分布第二方案，考慮到銜接水管設(shè)計(jì)的難易度，采用布局分布第一方案。如圖3-8所示。</p><p>

78、;　　圖 3-8 在計(jì)量桶上固定氣缸方案圖</p><p>　　采用一塊氣缸固定板塊使用三個螺栓固定在計(jì)量同上，而氣缸則固定在這塊板塊上，對于中心高度的調(diào)整則采用墊片來進(jìn)行調(diào)整。圖示水管位置二下方為水池，銜接管的設(shè)計(jì)比較簡單；在安裝中需要保證氣缸垂直于杠桿在水管轉(zhuǎn)動點(diǎn)和水管兩個入水口連線的中心點(diǎn)的連線，這就在安裝時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。</p><

79、p>　　從綜合方面考慮，將氣缸固定在計(jì)量桶上方機(jī)構(gòu)簡單，加工、安裝容易，可以避免許多不必要的問題，所以采用在計(jì)量桶上固定氣缸方案。</p><p>　　3.5 機(jī)械部份的計(jì)算與設(shè)計(jì)選型</p><p>　　3.5.1 水管移動速度與所需力的計(jì)算</p><p>　　水管是鋼材料，外徑為R=26mm，內(nèi)徑為r=25mm，直線長度為l=600mm，加上彎道長度總長

80、約為L=700mm。水的密度為1g/cm3，鋼密度為7.85g/ cm3。</p><p>　　水管的體積計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　水管的質(zhì)量計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>

81、　　管道內(nèi)水的質(zhì)量計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-3） </b></p><p><b>　　總質(zhì)量計(jì)算公式為：</b></p><p><b>　　（3-4） </b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)測試的水流量為2.5m3/h，實(shí)驗(yàn)的總水量為100L,每秒的流量

82、為0.69L/s，在水管的移動過程中由于水管距離計(jì)量桶內(nèi)外壁的距離是相同的，在給按鍵信號讓水管進(jìn)入到計(jì)量桶上方是，水管會在計(jì)量桶外流掉一部份水，在電磁流量計(jì)達(dá)到預(yù)設(shè)流量時氣缸動作將水管推到計(jì)量桶外的過程中，有一部分水會流到桶內(nèi)。這兩部分水剛好可以補(bǔ)償，所以在實(shí)驗(yàn)中由于氣缸推動水管過程中造成的誤差可以忽略不計(jì)。設(shè)氣缸活塞桿動作時間，即伸長或者收縮時間為0.2s,加速階段和減速階段時間都為0.05s，標(biāo)記為t，勻速階段時間為0.1s，標(biāo)記為

83、t，行程為75mm。</p><p><b>　　行程計(jì)算公式為：</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　， </p><p><b>　　，

84、 </b></p><p>　　， 表示加速度</p><p><b>　　計(jì)算得出加速度：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　推力計(jì)算公式為：</b></p><p>&l

85、t;b>　?。?-7）</b></p><p>　　3.5.2 氣缸的選型</p><p>　　某水表有限公司實(shí)驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)水管兩點(diǎn)位置的快速移動，實(shí)測的水管移動兩點(diǎn)距離為75mm時可滿足要求，計(jì)算所需的推動力為10.1N?？晒┻x擇的氣缸類型有許多種，在亞德客氣缸的類中有標(biāo)準(zhǔn)氣缸、迷你氣缸、緊湊型氣缸、超薄氣缸等等。而標(biāo)準(zhǔn)氣缸里面又包括SE系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸、SI系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸、S

86、G系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸、SU系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸等等，同一系列又有不同型號氣缸[6]。考慮行程，所需推動力以及經(jīng)濟(jì)等各個方面的因素，選擇的氣缸型號為亞德客ISO15552標(biāo)準(zhǔn)氣缸SE系列，型號為F-SE-32×75-S。該氣缸的活塞采用兩個Y型的單向密封，使用壽命長，氣缸調(diào)節(jié)平穩(wěn)，推動力滿足計(jì)算要求，活塞桿螺紋為M10X1.25行程為75mm。</p><p>　　3.5.3 氣缸連接件的設(shè)計(jì)</p>&

87、lt;p>　　氣缸換向機(jī)構(gòu)采用的是間隙法氣缸直接推動方案，所需要的推動機(jī)構(gòu)為氣缸連接件，如圖3-9所示。</p><p>　　圖 3-9 氣缸連接件剖面圖</p><p>　　氣缸連接件螺紋采用M10X1.25與氣缸的活塞桿配合,直徑為28.4的孔，直接套在水管上，水管的外徑為26mm，水管運(yùn)動軌跡的高點(diǎn)和兩個低的間隙為1.21mm。氣缸連接件設(shè)計(jì)的間隙為2.4mm。</p&g

88、t;<p>　　3.5.4 螺栓強(qiáng)度校核</p><p>　　在換向機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中螺栓強(qiáng)度需要校核，而需要校核的螺栓為M6螺栓，因?yàn)镸6螺栓為最小的螺栓，固定螺栓所受的力都為推動水管時的剪切力，如果其滿足強(qiáng)度要求，則其余螺栓和M6螺栓受同樣的剪切力，方向一致，那么其余螺栓也滿足要求。</p><p>　　由參考文獻(xiàn)[11，5-33]可知：</p><p>

89、<b>　?。?-8）</b></p><p>　　由參考文獻(xiàn)[11]表5-8可以查到螺栓的屈服極限為，由參考文獻(xiàn)[11]表5-10查的材料的安全系數(shù)S為1.2到1.5之間，取S=1.5，可以求出螺栓的需用應(yīng)力，由式（3-8）可得：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　求得的螺栓能承受的最大

90、剪切力4523N可知，在這個推動過程中氣缸推動力小于4523N，則螺栓滿足要求，根據(jù)氣缸選擇的推動力可知螺栓滿足要求。</p><p>　　第四章 換向機(jī)構(gòu)電路控制部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 控制方案</b></p><p>　　由參考文獻(xiàn)[7]可知，控制方式一般分為三種：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制。沒有輸出無檢測反饋裝置

91、直接控制方法稱為開環(huán)控制，開環(huán)控制不能進(jìn)行誤差補(bǔ)償，精度低，但控制方案簡單，調(diào)試很方便，工作可靠性高；從中間的部位把檢測到的反饋信號取出來的控制方式叫做半閉環(huán)控制，半閉環(huán)系統(tǒng)能夠?qū)⒉糠只芈返臏y量信號反饋回輸入，它的定位精度比閉環(huán)控制系統(tǒng)低，但是比開環(huán)控制系統(tǒng)高；具有能夠直接測量系統(tǒng)輸出并進(jìn)行反饋的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制，閉環(huán)控制能夠完全放開輸出，控制精度很高[8]。采用單片機(jī)來控制一個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)快速性，準(zhǔn)確性。在控制電磁閥動作從而帶

92、動氣缸和連桿動作過程中，單片機(jī)能夠快速的采集信號并發(fā)送信號，從而實(shí)現(xiàn)高度的智能化和達(dá)到高精度[9-10]。這次的設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)通過按鍵和脈沖信號采集控制實(shí)現(xiàn)氣缸收縮動作，通過脈沖采集控制實(shí)現(xiàn)氣缸的伸長，整個過程精度和速度要求不高，故采用開環(huán)控制。</p><p>　　4.2 電子元件的選擇</p><p>　　4.2.1單片機(jī)的選用</p><p>　　某水表有限公

93、司采用的單片機(jī)為P89LPC9401。由參考文獻(xiàn)[12]可以知道，P89LPC9401是P89LPC9401微控制器和PCF8576D的通用LCD驅(qū)動器組成的多模塊，具有256字節(jié)RAM，他的工作電壓為2.4V到3.6V之間，I/O口能承受5V電壓，擁有4個中斷優(yōu)先級和8個鍵盤中斷，還有2個外部中斷，它有64個引腳，其中I/O口最少有20位，在有片內(nèi)振蕩器和復(fù)位時可以有23位。其引腳配置如圖4-1所示。</p><p

94、>　　P0口是由用戶來定義其類型的8位I/O口，在上電復(fù)位狀態(tài)時，P0僅僅是輸入的模式狀態(tài)，其各口的輸出或者輸入模式由配置寄存器來決定。P1口與P0口定義類似。P2口是由用戶定義的5位I/O口，其設(shè)置和P0、P1是相同的。P3口是由用戶定義的2位I/O口，其設(shè)置和P0、P1是相同的。在容積比對式的設(shè)計(jì)中采用電控和脈沖采集，這要使用到鍵盤中斷，在P89LPC9401單片機(jī)中鍵盤中斷是一個用于對P0口等或不等于設(shè)定的特定模式時候所產(chǎn)生

95、的中斷，要使中斷標(biāo)志置位并能夠產(chǎn)生中斷，P0口的模式要能夠持續(xù)到6個CPU時鐘[12]。</p><p>　　圖 4-1 P89LPC9401單片機(jī)引腳圖</p><p>　　4.2.2電磁閥的選型</p><p>　　控制氣缸的換向需要使用電磁閥，而電磁閥的選型需要根據(jù)工作具體要求和配套使用的氣缸要求，由參考文獻(xiàn)[6]可知電磁閥有許多種類，其中包括三口二位、五口二

96、位、五口三位等等。在容積比對式水表檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)中控制的氣缸只要能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸的伸縮動作即可。在電磁閥得電時，氣體從電磁閥P口進(jìn)入，從一個口出來進(jìn)入到氣缸，實(shí)現(xiàn)氣缸的收縮，氣缸另外一邊的氣體從一個口進(jìn)入到電磁閥，流入到空氣中，當(dāng)電磁閥失電時，該氣體進(jìn)出正好相反。所以可選用五口二位的電磁閥，在根據(jù)所選氣缸型號，確定選擇的電磁閥的型號為4V200系列，4V210-06，其工作電壓為直流24V。其符號如圖4-2所示。</p><

97、;p>　　如圖所示，該系列電磁閥共有5個口，其中P口為進(jìn)氣口，A、B口為工作口，在設(shè)計(jì)控制過程中，當(dāng)電磁閥得電收縮時，氣體從P口進(jìn)入電磁閥，在經(jīng)過A口進(jìn)入氣缸，氣缸另外一腔的氣體從B口到電磁閥在從S口到大氣中，實(shí)現(xiàn)氣缸動作；在電磁閥失電時，氣缸伸長，氣體從P口進(jìn)入電磁閥，在經(jīng)過B口進(jìn)入氣缸，氣缸另外一腔的氣體從A口到電磁閥在從R口到大氣中，實(shí)現(xiàn)氣缸動作。</p><p>　　圖 4-2 電磁閥原理圖<

98、/p><p>　　4.2.3繼電器的選用</p><p>　　設(shè)計(jì)方案通過控制電磁閥的得電或失電來實(shí)現(xiàn)氣缸的動作，需要在特定的要求下實(shí)現(xiàn)電磁閥得電或失電，當(dāng)按鍵控制開關(guān)按下，電磁閥得電，在脈沖數(shù)達(dá)到要求時控制電磁閥失電，這中間控制使用到繼電器。在考慮到公司實(shí)際情況和設(shè)計(jì)控制要求情況下選擇的繼電器為型號為SDR-05VDC-SL-C。</p><p>　　4.2.4 光電

99、耦合器的選用</p><p>　　TP521-1光電耦合器是一種傳輸電信號的光電轉(zhuǎn)換器，由發(fā)光源和受光源兩部分組成，發(fā)光源為輸入端，受光源為輸出端，其電壓為5V,正向電流為16mA，集電極電流為10mA[13]。光電耦合器在繼電器控制電路和脈沖采集電路中使用。</p><p>　　4.2.5 穩(wěn)壓器件的選用</p><p>　　在為P89LPC9401單片機(jī)提供電壓

100、時，因?yàn)榭紤]到該單片機(jī)需要的電壓為2.4V到3.6V，所以需要進(jìn)行降壓和穩(wěn)壓處理，在電源控制電路中采用到三端穩(wěn)壓器7851、三端穩(wěn)壓器7805、穩(wěn)壓器HT7533。</p><p>　　三端穩(wěn)壓器7851能夠提供穩(wěn)定的電壓輸出，使用范圍比較廣，有過熱和過載的保護(hù)，輸出電流可以達(dá)到1A，在設(shè)計(jì)電路中其輸出的電壓為15V。其引腳圖如圖4-3所示。</p><p>　　圖 4-3 78系列三端穩(wěn)

101、壓器引腳圖</p><p>　　三端穩(wěn)壓器7805只有三個輸出引腳，輸出、輸入、接地。其能夠提供穩(wěn)定的5V電壓輸出，在實(shí)際安裝中因?yàn)樵摲€(wěn)壓器容易產(chǎn)生大量的熱量，需要安裝一個足夠大的散熱器。</p><p>　　HT7533穩(wěn)壓器輸入的電壓為5V，輸出電壓為3V，輸出電壓提供給P89LPC9401單片機(jī)使用，其安裝介于單片機(jī)和三端穩(wěn)壓器7805之間[13]。</p><p

102、>　　4.3 換向機(jī)構(gòu)電路設(shè)計(jì)部分</p><p>　　4.3.1 繼電器控制電路</p><p>　　由于單片機(jī)輸出信號無法直接控制電磁閥的得電和失電，需要采用一個繼電器來間接控制。采用按鍵開關(guān)控制繼電器得電，如圖4-4所示，P0.5口接按鍵開關(guān)，正常情況下，P0.5處于高電平1狀態(tài)，當(dāng)按鍵開關(guān)按下時，P0.5處于低電平0狀態(tài)。由P2.3口連接繼電器，中間連接一個光電耦合器TLP5

103、21-1，在不工作狀態(tài)下，P2.3為高電平1狀態(tài)，由于正向電流沒有導(dǎo)通，則光電耦合器TLP521-1處于關(guān)閉狀態(tài)，繼電器處于失電狀態(tài)。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時，P0.5處于低電平0狀態(tài)，程序設(shè)計(jì)將P2.3置0，此時，正向電流導(dǎo)通,在電耦合器TLP521-1工作，集電極導(dǎo)通控制晶體管導(dǎo)通，繼電器得電導(dǎo)通，使得電磁閥得電。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到要求時，程序控制P2.3置1，耦合器TLP521-1關(guān)閉，晶體管斷開，繼電器斷開使得電磁閥失電。</p>

104、<p>　　耦合器TLP521-1正向電流要求控制在16mA以內(nèi)，電路設(shè)計(jì)為220R電阻，電壓為3V，當(dāng)P2.3置0時，流過的最大電流為15mA，在耦合器TLP521-1上有壓降，故電流應(yīng)小于15mA，滿足要求；耦合器TLP521-1集電極電流要求為10mA內(nèi)，電路中流過的電流最大為8.8 mA，滿足要求；在晶體管處，導(dǎo)通電流為4mA，滿足要求；繼電器為5V繼電器，采用20V電源，接入410R電阻，實(shí)測繼電器兩端的電壓為5

105、.1V，滿足要求。</p><p>　　圖 4-4 繼電器控制電路圖</p><p>　　4.3.2脈沖采集電路</p><p>　　脈沖采集電路連接P0.2口，如圖4-5所示。P1口為接線端正，在電磁流量計(jì)有脈沖發(fā)送時，當(dāng)P1口接線端口2為低電平時，光電耦合器TLP521-1的正向電流導(dǎo)通，控制集電極導(dǎo)通，使得P0.2能夠產(chǎn)生中斷處理。電磁流量計(jì)的脈沖采集為采集一

106、個高電平，采集一個電平，而P1口接線端口2的狀態(tài)不斷的變化，這就是的P0.2不斷的發(fā)生中斷，進(jìn)行脈沖采集。整個控制中，設(shè)有一個脈沖采集標(biāo)志，當(dāng)按鍵開關(guān)沒有按下時，脈沖采集標(biāo)志為0，不進(jìn)行脈沖采集。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時，采集標(biāo)志置1，程序脈沖開始采集，當(dāng)脈沖采集達(dá)到設(shè)定值時，程序控制P2.3置1，控制繼電器失電、從而控制電磁閥失電。</p><p>　　在光電耦合器TLP521-1的正向電流要求16mA以內(nèi)，流過的電流

107、為12.5mA，滿足要求，電路中的電容部分為抗干擾，VDD、1M接線電源部分的設(shè)計(jì)是為了穩(wěn)壓而設(shè)計(jì)的。</p><p>　　圖 4-5 脈沖采集電路圖</p><p><b>　　4.3.3電源電路</b></p><p>　　P89LPC9401單片機(jī)使用的電壓為2.4V到3.6V，公司現(xiàn)有的電壓超過這個值，設(shè)計(jì)上就需要進(jìn)行降壓處理。如圖4-

108、6所示，圖上P5為電源接線端子，在公司現(xiàn)在采用的電源為24V，通過三端穩(wěn)壓管7815處理輸出15V電壓，15V電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓管7805處理輸出5V電壓，在通過HT7533輸出3V電壓提供給單片機(jī)。</p><p>　　圖 4-6 電源電路圖</p><p>　　4.4程序設(shè)計(jì)編寫及調(diào)試與實(shí)驗(yàn)</p><p>　　4.4.1主程序介紹及其流程框圖</p>