活塞式气体流量标准装置低速爬行现象分析与实验研究

• 作 者: 徐志鹏;戴佳音;谢代梁;
• 机 构: 中国计量学院计量测试工程学院,杭州 310018
• 出 处: 2014年全国流量计量学术交流会
• 发表日期: 2014年期

伺服驱动活塞式气体流量标准装置采用伺服电机带动丝杆旋转,进而使活塞向前推动,用来检定喷嘴的流出系数.检定小流量的喷嘴时,电机对应的运转速度较小,电机出现明显的爬行现象.在这种情况下,伺服电机的转矩指令不断升高,常常伴随电机由于转矩指令过高而报错急停,致使装置不能满足检定小流量喷嘴的要求.本文首先简单介绍了该装置结构,然后分析产生爬行现象的原因,提出了改善爬行现象的方法.实验证明此方法可提高检定喷嘴的精度,并且扩大了装置可检定的流量范围.活塞式气体流量标准装置检定较大名义流量的喷嘴时，其对应电机运转速度较大，其较大的惯性可以抵消较小的摩擦扰动，因此速度比较稳定。但检定小流量的流量计时，电机对应的运转速度较小，活塞就会出现明显的“爬行现象”，使活塞运行速度出现明显不规则变化。活塞推动时忽快忽慢，稳定性较差，甚至会出现电机报错急停，致使装置不能满足检定小流量喷嘴的要求。为此，分析活塞缸出现低速爬行现象的原因，并尽可能的消除此现象十分有意义。可降低活塞装置可检流量计流量范围的最小值。电机爬行现象产生的根本原因是摩擦力矩的跳变。文章应用的遏制这种跳变的方法有以下几种1)改变机械结构，增加一个补偿阻尼，这样可以从根本上消除“爬行现象”。2）改变润滑状态，使摩擦系数的特性改变，采用防爬行润滑油，也可以改善“爬行现象”。3）增加一个减速机构。让电机输出一个较高的速度，再通过减速机构降速增扭，一方面电机输出一个比较大的速度不至于使转矩指令持续上升，另一方面可以增大输出扭矩克服摩擦力矩的跳变。改进前该装置的电机匀速运动的临界报错速度为 3rad/min，即该装置可检定喷嘴的流量下限为0.065m3/h。通过设计程序，增加高频率小振幅的抖动速度后，该装置可检定最小名义流量为 0.04m3/h的喷嘴，扩大了装置可检定的流量范围。本文设计了锯齿波的抖动速度，此外还可尝试使用正弦波、方波等作为高频率小振幅的抖动速度。