膜式燃气表的工作原理及结构原理.docx

模式燃气表的工作原理
1.膜式燃气表的工作原理：
燃气表是利用气体在表体内流动过程中的压力差作为动力，由阀座、阀盖的相对位置来控制气体流向的分配。燃气表的膜盒由左右相同的两个气体测量室组成，每个气体测量室由一张柔软的膜片将其分为两个相同的小计量室。当分配的气体依次进入四个小计量室，推动膜片自由的摆动，膜片组件的运动通过摇杆带动连杆机构(双曲柄摇杆机构)并使阀盖做旋转运动从而控制各计量室依次充气和排气，使燃气表连续循环运动，同时连杆机构的偏心转动齿轮通过齿轮的传动驱动机械式单向计数器计数，最终通过计数器显示燃气表的排气量。 2.预付费膜式燃气表的工作原理：
燃气表采用逻辑加密卡(简称IC卡)作为信息载体，当系统在电压监测电路的监测下正常工作时，控制模块从IC卡中读入数据，并进行数据交换，将燃气表的相关气量信息和工作状态等信息写入IC卡，并通过IC卡反馈到售气管理系统中。当用气时，控制模块接收来自采集模块的信号，对表内的气量信息作相应的计量处理，当表内剩余气量降至0时，控制模块发出关闭阀门的指令以切断气路，阻止用气，直到用户重新向燃气表输入所购的气量时，才可恢复用气，从而实现预付费管理。当控制模块接收到磁场干扰等信号时，则会发出关阀指令以关断气路，并将燃气表相应的状态信息送到LCD显示，当用户插入IC卡时，控制模块会将这些状态信息写入IC卡，当再次购气时，售气管理系统会读取IC卡中的这些状态信息并存蓄到数据库，实现信息的反馈。

膜式燃气表结构原理与设计制造
一、 前言
煤气是一种可应用的气体燃料(也称为燃气)。它可分为天然煤气和人工煤气两大类，天然煤气是指地下蕴藏的天然气、矿层气、沼气等，人工煤气主要包括焦炉煤气、发生炉煤气、水煤气、液化气、油制气以及人工合成的可燃烧的其它气体等。现在人们主要更多使用的还是天然气、焦炉煤气和人工合成燃气。煤气的计量是是随着煤气的应用而不断发展起来的。
二、 流量计的分类
流量计------所有的测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表。
流量------流体流过一定截面的量称为流量(flow rate)。
流量计从工作原理上可分为:
1.容积式流量计;2.速度式流量计;
3.差压式流量计;4.质量流量计等。
其中:
容积式流量计属于定排量类流量计，在流量仪表中是准确度较高的一类。它主要有:膜式燃气表、活塞表、齿轮表、腰轮表、湿式流量计等。
在容积式流量计内部具有构成一定标准体积的空间，通常称其为容积式流量计的“计量空间”或“计量室”。在给定流量计条件下，该计量空间的体积上确定的。
这种流量计的共同点在于:
1、是以被测流体压差作为动力;
2、一般用来测量低压气体、液体流量;
3、具有计量准确度度较高、性价比高等优点。
三、 膜式燃气表的工作原理
膜式燃气表主要由计量室、滑阀和显示器组成。由橡胶材料制成的皮膜将计量室分成两部分，滑阀使这两部分交替地与管道入口或出口相通。皮膜感受气体压力而在计量室内伸缩移动，使得计量室内两部分气体交替地吸入和排出。滑阀的交替运动形成了气体的连续流动，再由连动机构将滑阀的运动传给显示器以显示通过的体积。
燃气表是最具有代表性，而且是使用最普遍的容积式流量计，它的基本工作原理如下图所示:
被测方桶容量
标准器
按上图原理进行正确计量，必须具备三个条件:
1、首先要知道标准小容器满瓶时的正确容积;
2、在把液体灌入小容器时，中途不能有任何液体的滴漏; 3、要正确地记录从小容器排出液体的次数。
膜式燃气表大多是由两个囊室、两个隔膜(简称两膜四室式)、两个滑阀(或组合成一体的转阀)两套摆杆曲柄机构(合称为汇交力系)和与之联动的计数器组成。两个囊室中各有一个定位在中间的可往复翻转运动的皿型隔膜，将其分割成容积可变的4个空腔，如下图所示:
膜式燃气表的基本运动原理为:膜式燃气表是一种机械仪表,皮膜运动的推动力是依靠燃气表进出口处的气体压力差。它的源动力是由高于常压的被测气体进入隔膜的一侧腔内所产生的压强推动隔膜向另一侧移动而产生推动力(也就是隔膜所牵动的立轴原地转动的扭矩)，当隔膜移到另一侧的极限(也称作死点)的位置时，力矩不再产生能让隔膜返回的力，就必须依靠第二个隔膜相继产生同样的力来带动前一个隔膜作返回移动;当改变第一个隔膜的出气口为进气口时，这个隔膜的另一侧又有了气体的推动力而继续作往返运动，并也能改变第二个隔膜的移动方向。隔膜所牵动的立轴作往复的摆动运动，通过其各自的摆杆、连杆去牵动一个共用的曲柄轴，当曲柄轴接收到的扭矩相差一定的周期(90?)时，就能做到连续转动，并由它带动滑阀来改变进出气口的方向和带动一个计数装置，从而达到连续自动计量的目的。
膜式燃气虽然结构各异，但其计量原理却都基本相同，都是遵循上述基本原理设计制造的。它是燃气进入容积恒定的计量室，待充满后将其排出，并通过一定的特殊机构，将充气和排气的循环次数转换成容积单位，传递到燃气表外部的计数指示面板上，直接读出燃气所通过的容积量。
四、 膜式燃气表的结构组成
主要由计量系统、气路及气流分配系统、运动传送系统、累积数显示系统四大部分组成。
1、计量系统:有两个基本相同的计量室，由计量壳、膜片、平行板、折板、折板
套及折板轴构成。作用是保证膜片往复摆动一周，有一个恒定容积的气体输出。
2、气路及气路分配系统:主要有接头、外壳、表内气管、分配室及阀盖组成。作用是供被计量气体按一定顺序的通道流动。
3、运动传送系统:由立轴、大小拉杆、中轴支架组等构成。有两个作用:
1.1(传递能量;气体压力作用在膜片上形成膜片摆动的动力，传送系统将该力传递给阀盖进行直线滑动(或转动、扇形摆动等)，同时，传送系统也将这力传给累积数显示系统，使计数器各齿轮(或字轮)动转，实现计量显示的目的。
1.2(改变运动形式;表内动件的运动形式有转动、直线滑动和扇形摆动等，这些运动形式均由传动系统中的各连杆绞链加以实现。
4、计数系统:由主动齿轮、交换齿轮及计数器组成。
五、 膜式燃气表的结构型式
膜式燃气表虽然其工作原理基本相同，但结构型式呈多样化，最明显的区别主要体现在以下四个方面:
1、机芯:有整体式和独立式两种;
1.1(独立机芯式:机芯能从外壳中独立分离出来，计量室由专门囊壳构成;
优点:外壳与囊壳间形成一个较大的空间，有利于空气的净化，对燃气的适应
性较强;它的壳体零件多由钢板冲压而成，成本较低;
缺点:外形较大，装配性不优，拆修不便。
1.2(整体式燃气表:壳体铸造成形，既是外壳，也是计量壳;
优点:结构紧凑，外形小巧;外壳采用螺钉紧扣，故装配性较好，容易拆开维修。
缺点:机芯与表壳是一整体，无法独立分离;少一个燃气净化空间，对燃气适应性较差;壳体一般由铝合金压铸而成，成本较高。
2、滑阀盖:有直线滑动型、转动型及扇形摆动型三种;直线滑动型和扇形摆动型滑阀一块表两个;转动型滑阀一块表一个，但由于需要换向才能拨动计数器的主动轮，故结构上虽少一个滑阀，但要多一对换向齿轮。
3、接头:单管和双管;单管接头气表虽比双管接头气表少一个接头，但单管是因两管组合成一体，结构复杂，所用材料也不比两管的少，加工也较困难。
4、计数器:字轮式、指针式及IC卡数字式。字轮式计数器的最小分格值较小(以G2.5表型的计数器为例，其最小分度值为0.02L)，便于检定校验。
六、 膜式燃式表的特性曲线
理想的膜式燃气表计量误差是零，其计量误差曲线是X轴。但是一般实际典型的误差曲线如下图所示，其中横坐标X轴为检定的流量点，纵坐标Y轴为相对误差值(%)。由于实际生产工艺、装配等因素影响，实际上每个燃气表的误差曲线都是不相同的。压力损失也是膜式燃气表的一个重要指标，图5所示是膜式燃气表的典型压力损失曲线图。
七、 膜式燃气表的构造
膜式燃气表的种类虽然很多，但根据其基本构造的主要特点，最常见的表型分为风箱式和独立内芯式两种，还有一种是混合式膜式燃气表。下面对以上三种类型的燃气表的基本构造和特点分别阐述。
(一)、风箱式
1、基本构造
各组成部件的型式如下表所示:
计量室
隔板四室式
气门座
外向式
联动装置
非对称式
计数装置
指针式
外壳
焊接镀锡铁皮
风箱式膜式燃气表工作原理大致如前述。不同之处在于这种燃气表的气门室是属于封闭式，即横隔板上部被隔成机械室和气门室。由于燃气不会进入机械室，因此，可以打开表的顶盖露出传动机构，来进行燃气表的校验，以便调整表的误差。
2、联动装置
它的联动装置属于非对称水平式，但为了保证燃气表能连续平滑地运转，必须具备以下三个条件:
(1)、整阀条件:即当皮膜行程到达终点时，连杆应与调节臂相重合，或成为一条直线到达“死点” 。此时，气门盖必须与通向皮膜两侧计量室的气门座上的气门口对准，处于相应的进气和排气的切换状态。这种决定气门盖位置的条件称为整阀条件;
(2)、“死点”的等分条件:由于在“死点”时，转动曲柄的力矩最小，所以，“死点”应平均分布在一个运动周期之内;
(3)、整膜条件:前后两个皮膜夹盘的行程应相等，而且应与隔板相对称。
能够满足以上条件的机构叫做整联动机构。
(二)、独立内机式
1、基本构造
计量室
四室式独立内机式
气门座
平行式
联动装置
点对称垂直曲柄
计数装置
直读式
外壳
冲压镀锡铁皮
独立内机式燃气表工作时气门盖是由另一侧牵动臂直接驱动的。该表曲柄的旋转机构由两根立轴的牵动臂(摇杆和活动连杆)连接，围绕共同的曲柄轴而摆动，曲柄的一端使带有曲臂的水平轴转动，通过齿轮带动计数装置进行计量显示。由于前后曲柄销相差90?，所以，当一个到达死点时，另一个正在运动，从而使曲柄能连续进行旋转。另外还有一种独立内机式燃气表，内部构造除计量室外，其余都是另一种型式。气门盖做成扇状，依靠与牵动臂连在一起的气门旋杆的作用，在气门座上左右摆动来控制气门的进、排气。这种表的联动装置是属于非对称式水平曲柄机构，其误差调节可以通过计数装置内变换齿轮的调换，或直接在曲柄上调节螺钉的位置移动来进行。
2、独立内机式燃气表的优点:
(1)、外形尺寸小，表形精致;
(2)、漏气可能性减小;燃气表的漏气有内部漏气和外部漏气两种，由于独立内机式机芯的周围充满着燃气，所以压差很小，不易泄漏。另外，独立内机式燃气表的加工准确度要求高，组装准确度也容易得到保证，这些都有处于防止漏气。
3、独立内机式燃气表的缺点:
独立内机式燃气表也有一定的缺点:由于皮膜的有效受压面积小，转动力矩因而也减小;由于曲柄转速高，零部件精度高，配差严密，对燃气的质量反应很敏锐，当燃气中杂质含量高时，对燃气的准确计量不利。
(三)、混合式
1、基本构造
主要由表壳本体上壳及计数器构成。
(1)、表壳本休:用铝合金高压压铸而成，成型件已包括了隔板、计量腔室、进出气通道、主轴安装孔、气门座定位孔等，只要经过少量的金切加工就能进入装配。而且铸件精度高，装配位置准确，可靠地保证了燃气表的装配质量。计量皮膜大多采用圆盆状的合成橡胶皮膜，具有耐久性能，皮膜夹盘、压边圈一起固定于壳体上即成为计量室。
(2)、上壳:用铝合金压铸而成，进出气口一体成型，安装尺寸稳定。
(3)、计数器:采用直读式计数器，误差调整与独立内机式一样。
2、特点:
(1)、壳体强度高，使用寿命长，可永久使用，维修时只要调换易损件即可;
(2)、制造精度高，材料费用所占比例比人工大;

(3)、装有误差匹配装置，计量性能好;
(4)、由于运动时阻力减小，增大了表的驱动力;
(5)、混合式燃气表大批量生产性能比较稳定，而且装配工艺容易转入自动化。
八、膜式燃气表的材料
(一)、薄钢板
选用08或08F钢号的薄钢板(一般为1mm厚度)，主要用于表的冲压材料。表壳需深冲拉伸成型，必须用冷轧板深拉伸薄板，为防腐蚀，成型后需表面热镀锡。其它冲压件，如皮膜盒、导向板、皮膜夹盘、计数器门框等，可以直接采用0.5mm的镀锡薄钢板制作。
(二)、有色金属
常用的有铜合金、铝合金及锡合金等。
铜合金主要是铅黄钢，一般用于表内的传动部件，如立轴、曲柄轴、气门座或气门盖轴、水平轴填料座及轴承座等。目前，已逐渐被不锈钢代替。
铝合金一般是压铸用铝合金，主要用于制作表壳、分配室、计数器的字轮架等;另一种是铝镁合金板或棒材，主要用于牵动臂、套筒等部件。
锡合金主要是锡铅、锡锑或锡铅锑合金，一般用于气门座、立轴座、轴承等。
(三)、塑料
主要有两种，一种是热固性塑料，如酚醛塑料，主要用于气门盖和气门座及蜗杆盒等;另一种是热塑性塑料，如聚甲醛、ABS、增强尼龙、石墨尼龙等，用于牵动臂、拉杆、传动齿轮、计数器齿轮、蜗杆、蜗轮、蜗杆盒、耐磨轴套、指针或数字轮等。
(四)、皮膜
皮膜是燃气表中最重要的部件，燃气的计量是通过皮膜的移动容积来决定的，当皮膜发生变质或破裂时，就会产生误差，出现表快、表慢或阻塞等故障。因此，要求皮膜在燃气表检定的有效周期内，不能受燃气中各种成份的影响而变质，并能保持气密性。当前采用两种材质:一种是牛、羊皮;另一种是合成橡胶皮膜。
合成橡胶皮膜主要由衬布(化纤织物)通过两面刮胶，然后经加温、加压硫化而成。衬布主要是为了保证皮膜具有一定的强度，因此要求衬布柔软，抗拉强度大，在长期使用中不会产生拉伸变形。合成橡胶的胶种不同，其特性也有明显的不同，并同硫化工艺也有着重要的关系。
(五)、合成橡胶
主要是丁晴类橡胶，大多用于燃气表中的填料和密封件。
(六)、涂料
为了提高燃气表的防腐蚀能力，延长使用寿命，一般需在表的内外分别涂覆不同的涂料(如油漆等)，一般采用树脂漆，同时要有一定的色泽要求。