迟勇（1969－）
男，辽宁丹东人，工程师，工学学士，辽宁丹东东发（集团）有限公司生产部电气工程师。

摘要：文章介绍了滑阀盖平面度智能检测系统的设计与实现。该系统可以准确和高效地检测滑阀盖的平面度，特别适合于生产实际中的质量过程控制。

关键词：滑阀盖；平面度；智能检测系统

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

    天然气、煤气及液化气已经被广泛应用于社会各个领域，作为专门用于测量燃气体积流量和质量流量的膜式燃气表，由于其计量准确度较高、性价比高、安全可靠等优点，成为当前产量最大、应用最广且最具有代表性的燃气计量仪表。

    滑阀盖是膜式燃气表的关键部件，它的作用主要是在阀座上不断运动，变换进排气口，一次次将燃气气体送进计量室作计量，又一次次地将计量室的燃气气体转送到出气通道，转送中不能丢掉一点气体，同时在运行中又要不得离开阀座，保持良好的接触滑动状态，不让气体泄漏到通道之外，这就要求这两个平面是一个精加工的表面，其表面的平面度小于0.02mm，平面的粗糙度小于0.4m，这样才能保持面接触滑动运行，又不会产生接触面间的气体泄漏。这样高的平面度是需要逐个认真检查的。目前的在线检查方法大多是人工用刀口尺卡在其表面上，用眼睛透光检查。这种传统的手工测量方法检测效率低，劳动强度高，人为误差大。对滑阀盖平面度进行准确、高效的智能化检测，是企业保证产品质量、降低生产成本乃至建立企业形象所必须的手段。

2  检测原理

    将滑阀盖放置于底面密封的高精度基准阀座上，驱动装置牵引滑阀盖于基准阀座上滑动运行，其运动轨迹与工作轨迹相同。负压泵以一定的工作压力抽取滑阀盖阀座间的空气，气体质量传感器安装于负压泵与基准阀座间。由于滑阀盖有一定的公差，滑阀盖与阀座间滑动运行时会产生微量的气体泄漏，形成一定的气体流量，气体质量传感器检测出这微小的流量后，产生一个与这流量相关的电输出信号，经过A/D模数转换后送到PLC控制器中，计算出被测滑阀盖的具体泄漏流量，并按泄漏量标准判断出被测滑阀盖是否合格，将这些信息通过红绿灯、数显仪表、人机界面等形式传送给操作者。从下面公式（1）可以分析出泄漏流量Ｑ漏与平面度的大小的关系。

                           （1）

    其中，P为滑盖内外的压力差； v为气体的运动黏度； ρ为气体的密度； L为滑阀盖与阀座间隙的周长； h为滑阀盖与阀座间隙的高度； b为阀座的筋面宽度； Ce为进口段层流的修正系数。

    式子中V和ρ是常量，泄漏流量与气体的性质没关系。在压力固定的情况下，泄漏量与滑阀盖阀座间的间隙长度成正比，与间隙的高度成三次方的正比，即既平面度公差的好坏决定着滑阀盖泄漏流量的大小。因此可以用检测气体泄漏流量的方式来判断被测滑阀盖的平面度的好坏。图1为检测原理示意图。

    单向节流阀用于微量调节检测气路中的工作压力，起到稳压的作用。玻璃转子流量计用于限制检测管道的气体流量，防止由于气体流量过大造成气体质量传感器的毁坏。工作压力由连接于管路的压力计直接显示。过滤器起到过滤净化气体，保护气体质量传感器，防止气体渣子过多堵塞管路的作用。滑阀盖有多种型号，可以把各种型号的高精度基准阀座底面密封，并联于同一个检测气路中，PLC通过控制各检测气路中的电控阀来切换检测。

                      1、滑阀盖 2、高精度基准滑座  3、过滤器  4、电控阀  
                  5、气体质量传感器  6、玻璃转子流量计  7、10、单向节流阀
                                    8、负压泵  9、压力计
                                  图1   检测原理示意图       

3  控制系统结构

    本控制系统主要由PLC控制器、A/D模数转换器、人机界面、步进电机和气体质量传感器、电控阀和输入输出信号等组成。控制系统结构如图2所示。

    PLC控制器为西门子CUP226CN，具有24点输入、16点输出、2点高速脉冲输出。可以用于步进电机的位置和速度的控制，能满足此自动化控制的需要。

    A/D模数转换器为西门子高速12位模拟量输入模块EM231CN，可以对采集的气体流量信号进行高速及高分辨率的转换。

    人机界面为西门子TD400CN，在控制系统中起设定和修正标准参数的作用。通过它可以设定多种型号滑阀盖的标准检测参数，切换检测系统，检测各种型号滑阀盖，输出显示各种信息和结果。

    步进电机和驱动器采用国产2M412系列，由其带动驱动装置牵引滑阀盖在阀座上沿一定轨迹滑动。步进电机的启动、停止、运动速度、运动位置以及方向都是由PLC控制器控制。

    气体质量传感器采用国产QZL型气体质量流量计，可以对微小气体流量进行精密测量，具有测量、显示的功能，能输出4～20mA的标准电信号。

                                  图2   控制系统结构示意图

4  参数设定

    在工作过程中，系统管路的工作压力与膜式燃气表的最小工作压力相同。各型号滑阀盖平面度检测的基准参数与其相对应型号膜式燃气表最小流量的最大允许误差值相等。膜式燃气表的工作压力范围为0.5kPa～10 kPa，最小流量示值允许误差范围为-1.5%～+3%。这样就可以计算出系统管路的工作压力为0.5kPa。1.6m3/h、2.5 m3/h和4m3/h额定流量的滑阀盖检测基准参数分别为4ml/min、6 ml/min和10ml/min。

5  结束语

    综上所述，平面度智能检测系统能实现滑阀盖平面度的精密、高效自动检测，极大提高了检验质量和效率，适合自动化大规模生产。通过人机界面的操作，可以在各检测系统间自动切换，检测多种型号滑阀盖的平面度。