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遲勇（1969－）
男，遼寧丹東人，工程師，工學(xué)學(xué)士，遼寧丹東東發(fā)（集團）有限公司生產(chǎn)部電氣工程師。

摘要：文章介紹了滑閥蓋平面度智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確和高效地檢測滑閥蓋的平面度，特別適合于生產(chǎn)實際中的質(zhì)量過程控制。

關(guān)鍵詞：滑閥蓋；平面度；智能檢測系統(tǒng)

Abstract: This paper introduces intelligent detecting system for flatness of valve cap design and implementation. This system can accurately detect flatness parameter of valve cap, is therefore especially suitable for the quality control in actual production.

Key words: Valve Cap；Flatness；Intelligent Detecting System

1  引言

    天然氣、煤氣及液化氣已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域，作為專門用于測量燃?xì)怏w積流量和質(zhì)量流量的膜式燃?xì)獗恚捎谄溆嬃繙?zhǔn)確度較高、性價比高、安全可靠等優(yōu)點，成為當(dāng)前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣且最具有代表性的燃?xì)庥嬃績x表。

    滑閥蓋是膜式燃?xì)獗淼年P(guān)鍵部件，它的作用主要是在閥座上不斷運動，變換進排氣口，一次次將燃?xì)鈿怏w送進計量室作計量，又一次次地將計量室的燃?xì)鈿怏w轉(zhuǎn)送到出氣通道，轉(zhuǎn)送中不能丟掉一點氣體，同時在運行中又要不得離開閥座，保持良好的接觸滑動狀態(tài)，不讓氣體泄漏到通道之外，這就要求這兩個平面是一個精加工的表面，其表面的平面度小于0.02mm，平面的粗糙度小于0.4m，這樣才能保持面接觸滑動運行，又不會產(chǎn)生接觸面間的氣體泄漏。這樣高的平面度是需要逐個認(rèn)真檢查的。目前的在線檢查方法大多是人工用刀口尺卡在其表面上，用眼睛透光檢查。這種傳統(tǒng)的手工測量方法檢測效率低，勞動強度高，人為誤差大。對滑閥蓋平面度進行準(zhǔn)確、高效的智能化檢測，是企業(yè)保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本乃至建立企業(yè)形象所必須的手段。

2  檢測原理

    將滑閥蓋放置于底面密封的高精度基準(zhǔn)閥座上，驅(qū)動裝置牽引滑閥蓋于基準(zhǔn)閥座上滑動運行，其運動軌跡與工作軌跡相同。負(fù)壓泵以一定的工作壓力抽取滑閥蓋閥座間的空氣，氣體質(zhì)量傳感器安裝于負(fù)壓泵與基準(zhǔn)閥座間。由于滑閥蓋有一定的公差，滑閥蓋與閥座間滑動運行時會產(chǎn)生微量的氣體泄漏，形成一定的氣體流量，氣體質(zhì)量傳感器檢測出這微小的流量后，產(chǎn)生一個與這流量相關(guān)的電輸出信號，經(jīng)過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到PLC控制器中，計算出被測滑閥蓋的具體泄漏流量，并按泄漏量標(biāo)準(zhǔn)判斷出被測滑閥蓋是否合格，將這些信息通過紅綠燈、數(shù)顯儀表、人機界面等形式傳送給操作者。從下面公式（1）可以分析出泄漏流量Ｑ漏與平面度的大小的關(guān)系。

                           （1）

    其中，P為滑蓋內(nèi)外的壓力差； v為氣體的運動黏度； ρ為氣體的密度； L為滑閥蓋與閥座間隙的周長； h為滑閥蓋與閥座間隙的高度； b為閥座的筋面寬度； Ce為進口段層流的修正系數(shù)。

    式子中V和ρ是常量，泄漏流量與氣體的性質(zhì)沒關(guān)系。在壓力固定的情況下，泄漏量與滑閥蓋閥座間的間隙長度成正比，與間隙的高度成三次方的正比，即既平面度公差的好壞決定著滑閥蓋泄漏流量的大小。因此可以用檢測氣體泄漏流量的方式來判斷被測滑閥蓋的平面度的好壞。圖1為檢測原理示意圖。

    單向節(jié)流閥用于微量調(diào)節(jié)檢測氣路中的工作壓力，起到穩(wěn)壓的作用。玻璃轉(zhuǎn)子流量計用于限制檢測管道的氣體流量，防止由于氣體流量過大造成氣體質(zhì)量傳感器的毀壞。工作壓力由連接于管路的壓力計直接顯示。過濾器起到過濾凈化氣體，保護氣體質(zhì)量傳感器，防止氣體渣子過多堵塞管路的作用。滑閥蓋有多種型號，可以把各種型號的高精度基準(zhǔn)閥座底面密封，并聯(lián)于同一個檢測氣路中，PLC通過控制各檢測氣路中的電控閥來切換檢測。

                      1、滑閥蓋 2、高精度基準(zhǔn)滑座  3、過濾器  4、電控閥  
                  5、氣體質(zhì)量傳感器  6、玻璃轉(zhuǎn)子流量計  7、10、單向節(jié)流閥
                                    8、負(fù)壓泵  9、壓力計
                                  圖1   檢測原理示意圖       

3  控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    本控制系統(tǒng)主要由PLC控制器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、人機界面、步進電機和氣體質(zhì)量傳感器、電控閥和輸入輸出信號等組成。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    PLC控制器為西門子CUP226CN，具有24點輸入、16點輸出、2點高速脈沖輸出。可以用于步進電機的位置和速度的控制，能滿足此自動化控制的需要。

    A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器為西門子高速12位模擬量輸入模塊EM231CN，可以對采集的氣體流量信號進行高速及高分辨率的轉(zhuǎn)換。

    人機界面為西門子TD400CN，在控制系統(tǒng)中起設(shè)定和修正標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的作用。通過它可以設(shè)定多種型號滑閥蓋的標(biāo)準(zhǔn)檢測參數(shù)，切換檢測系統(tǒng)，檢測各種型號滑閥蓋，輸出顯示各種信息和結(jié)果。

    步進電機和驅(qū)動器采用國產(chǎn)2M412系列，由其帶動驅(qū)動裝置牽引滑閥蓋在閥座上沿一定軌跡滑動。步進電機的啟動、停止、運動速度、運動位置以及方向都是由PLC控制器控制。

    氣體質(zhì)量傳感器采用國產(chǎn)QZL型氣體質(zhì)量流量計，可以對微小氣體流量進行精密測量，具有測量、顯示的功能，能輸出4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號。

                                  圖2   控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4  參數(shù)設(shè)定

    在工作過程中，系統(tǒng)管路的工作壓力與膜式燃?xì)獗淼淖钚」ぷ鲏毫ο嗤８餍吞柣y蓋平面度檢測的基準(zhǔn)參數(shù)與其相對應(yīng)型號膜式燃?xì)獗碜钚×髁康淖畲笤试S誤差值相等。膜式燃?xì)獗淼墓ぷ鲏毫Ψ秶鸀?.5kPa～10 kPa，最小流量示值允許誤差范圍為-1.5%～+3%。這樣就可以計算出系統(tǒng)管路的工作壓力為0.5kPa。1.6m3/h、2.5 m3/h和4m3/h額定流量的滑閥蓋檢測基準(zhǔn)參數(shù)分別為4ml/min、6 ml/min和10ml/min。

5  結(jié)束語

    綜上所述，平面度智能檢測系統(tǒng)能實現(xiàn)滑閥蓋平面度的精密、高效自動檢測，極大提高了檢驗質(zhì)量和效率，適合自動化大規(guī)模生產(chǎn)。通過人機界面的操作，可以在各檢測系統(tǒng)間自動切換，檢測多種型號滑閥蓋的平面度。