1.设计(论文)课题来源

2.设计(论文)目的

流量计是一种速度式流量仪表。它是以动量守恒原理为基础的，流体冲击罗茨气体叶片，使罗茨气体旋转，罗茨气体的旋转速度随流量而变化，最后从罗茨气体的转数求出流量值。

3. 设计意义

流量作为工业生产过程中检测控制中一个重要的参数，在工业生产、交通运输、能源计量、国防建设、环境保护、科学研究以及人民生活各个领域中都有着重要的作用。伴随科学技术的进步，对流量计量人们提出了更高的要求，而且在全球自然资源供应日趋紧张的今天，提高流量测量精度有着举足轻重的现实意义。流量计量是计量科学的重要组成部分之一，凡涉及到有流动介质的工艺过程，无论是气体，液体，还是固体粉料，都有一个流量的检测与控制环节。所以，流量计量在各行各业以及人们生活中都扮演着极其重要的角色，是人们对生产流程进行监督控制、保障安全、改进工艺、经济核算的基础。

因此，流量计量技术的发展，直接关系到整个国民经济，民生的发展，尤其在工业技术迅速发展和能源问题日益突出的今天，流量的对象、环境日趋多样化，对流量测量精度的要求也越来越高。对流体流量的精确测量和调节，不但是保证工艺过程处于最佳运行状态的重要前提，也是正确评价生产过程经济性的保证。同时，随着工业生产自动化、管道化的发展，流量仪表在整个仪表生产中所占的比重也越来越大，目前已广泛应用于生物、石油、化工、冶金、电力、医药、食品、能源管理、航空航天、机械制造等行业的流量积算和定量控制。

4.国内外现状

流量测量仪表是用来测量管道或明沟中的液体、气体或蒸汽等流体流量的工业自动化仪表，又称流量计。

流量是指单位时间内流经管道有效截面的流体数量，流体数量用体积表示者称为体积流量，单位为米3/时、升/时等；流体数量用质量表示者称为质量流量，单位为吨/时、千克/时等。

早在1738年，瑞士人丹尼尔第一·伯努利以伯努利方程为基础，利用差压法测量水流量；后来意大利人文丘里研究用文丘里管测量流量，并于1791年发表了研究结果；1886年，美国人赫谢尔用文丘里管制成测量水流量的实用装置。

20世纪初期到中期，原有的测量原理逐渐成熟，人们开始探索新的测量原理。自1910年起,美国开始研制测量明沟中水流量的槽式流量计。1922年，帕歇尔将原文丘里水槽改革为帕歇尔水槽。

1911～1912年，美籍匈牙利人卡门提出卡门涡街的新理论；30年代,又出现了探讨用声波测量液体和气体的流速的方法，但到第二次世界大战为止未获很大进展，直到1955年才有应用声循环法的马克森流量计，用于测量航空燃料的流量。1945年，科林用交变磁场成功地测量了血液流动的情况。

二十世纪60年代以后，测量仪表开始向精密化、小型化等方向发展。例如，为了提高差压仪表的精确度，出现了力平衡差压变送器和电容式差压变送器；为使电磁流量计的传感器小型化和改善信噪比，出现了用非均匀磁场和低频励磁方式的电磁流量计。此外，具有宽测量范围和无活动检测部件的实用卡门涡街流量计也在70年代问世。

随着集成电路技术的迅速发展，具有锁相环路技术的超声(波)流量计也得到了普遍应用。微型计算机的广泛应用，进一步提高了流量测量的能力，如激光多普勒流速计应用微型计算机后，可处理较为复杂的信号。

5.发展趋势

罗茨气体流量计是一种速度式仪表，它具有精度高，重复性好，结构简单，运动部件少，耐高压，测量范围宽，体积小，重量轻，压力损失小，流通能力大（同样口径可通过的流量大），维修方便等优点，且可适应高温，高压和低温流体的测量需要，用于封闭管道中测量低粘度气体的体积流量和总量。在城市天然气计量，输配气管网天然气计量，石油、化工、电力工业和民用等锅炉燃气计量，燃气调压站计量中得到了广泛的应用。

罗茨气体流量计是将罗茨气体置于被测流体中，当气体进入流量计时，在特殊结构整流器的作用下得到整流并加速，在一定流量范围内罗茨气体的角速度和流量成正比。利用电磁感应原理感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号，该信号经前置放大器放大，整形后将得到实际流量，并显示在LCD屏上；如果同温度压力传感器检测到的信号一起输入智能流量积算仪进行运算处理，将得到标准状况下的流量，并显示于LCD屏上。本课题主要研究基于AT89C51芯片的流量计，主要通过流量传感变送模块，主控CPU智能模块，LED数码管显示模块和上位机通讯模块四个模块实现气体流量数据的脉冲信号产生，脉冲信号采集，信号的处理，和基于RS-485通讯接口的数据传输，从而最终达到流量数据在显示单元的显示的目的。

涡轮流量传感器主要由仪表壳体、导流器、叶轮、轴、轴承和信号检测传感器等组成。

（1）仪表壳体 一般采用不导磁的不锈钢（如1Cr18Ni9Ti）或硬质合金制成，对于大口径传感器也可用碳钢与不锈钢的镶嵌结构。壳体是传感器的主体部分，它起到承受被测流体的压力，固定安装检测部件，连接管道的作用，壳体内装有、导流器、叶轮、轴和轴承，壳体外壁装信号检测放大器。

（2）涡轮   亦称叶轮， 一般由高导磁材料制成（如2Cr13或Cr17Ni2等），是传感器的检测部件，它的作用是把流体动能转换为机械能。叶轮有直板叶片、螺旋叶片、和丁字形叶片等几种，亦可用嵌有许多导磁体的多孔护罩环来增加有一定数量叶片涡轮旋转的频率，叶轮由支架中轴承支承，与壳体同轴，其叶片数视口径大小而定.叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响，要根据流体性质、流量范围、使用要求等设计，叶轮的动平衡很重要，直接影响仪表的性能和使用寿命.

（3）轴和轴承  通常选用不锈钢（如2Cr13、4Cr13、Cr17Ni2或1Cr18Ni9Ti等）或硬质合金制作它们组成一对运动副，支持和保证叶轮自由旋转。它需有足够的刚度，强度和硬度，耐磨性，耐腐性等。它决定着传感器的可靠性和使用期限。传感器失效通常是由轴与轴承引起的，因此它的结构与材料的选用以及维护是重要问题.

（4） 信号检测传感器，信号检测传感器主要由高频信号传感器，压力传感器等构成，并且附带信号的发达器 ，国内常用信号检测放大器一般采用变磁阻式，它由永久磁钢、导磁棒(铁芯)、线圈等组成。它的作用是把涡轮的机械转动信号转换成脉冲信号输出。由于永久磁钢对高导磁材料的叶片有吸引力而产生磁阻力矩，对于小口径传感器在小流量时，磁阻力矩在各种阻力矩中成为主要项，为此将永久磁钢分为大小两种规格，小口径配小规格以降低磁阻力矩。一般线圈感应得到的电信号较小，需配上前置放大器放大、整形输出幅值较大的电脉冲信号，当线圈输出信号有效值在lOmV以上的可直接配用计算机显示控制流量。

1-2周：查阅、收集、整理与课题相关的资料，打印完成开题报告。

3-4周：课题前期准备，收集并学习课题所需的资料，扩大与课题相关的知识面，制定出课题研究的具体方案。

5-13周：完成各部件及装配图cad。

14   周：总结所用动力学建模方法的优缺点和分析过程中存在的问题，

15-18周：撰写毕业设计论文。

19   周：准备答辩。

本文对罗茨气体流量计的工作原理进行详细的介绍，并着重对口径为Ф50系列的罗茨气体流量计内部结构进行了分析，其中包括了对流量计中罗茨气体轴，支撑轴承，叶轮，后导流器进行了结构的分析及重新设计。针对原产品在燃气市场中使用时存在的问题，其最大特点在于特性曲线与温度压力有关，气体压力损失在550-1400pa之间不等，不确定度可达1%-2%。针对这些不足之处，本文在产品的工作与结构原理中，通过特性分析了解到引起上述不足的因素，为后文对该产品的结构进行重新设计打下铺垫。

（1）硬件条件：

CPU：Pentium Ⅳ处理器，1．7GHZ以上

内存：256Mb以上    显示器：VGA彩色显示器

硬盘：40G    软驱：1．44Mb驱动器

光驱：52倍速    显卡：要求有一定三维加速能力

（2）软件系统：

Windows XP操作系统

WWW浏览器（IE或Netscape）

AutoCAD 2014