在球式體積管中，直接影響標準體積重復性指標的有以下因素:一是標準管段的管截面圓度及光潔度;二是置換器(球)的質(zhì)量(比如置換器不圓度、過盈量、材質(zhì)、硬度、彈性模數(shù)、耐磨、耐油的性能指標);三是檢測開關(guān)的性能(自身結(jié)構(gòu)的動作重復性)等。本文淺析檢測開關(guān)性能與體積管流量裝置性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。球式體積管的檢測開關(guān)一般由兩部分組成:一是機械傳遞結(jié)構(gòu)(置換器觸發(fā)狀態(tài))，有垂直伸縮位移量和水平角位移量兩種;二是發(fā)訊探頭，目前有光電式和光纖式兩種。

一、機械傳遞結(jié)構(gòu)淺析

不管是哪種型式，其傳遞比的位移(原點至發(fā)訊點)基本都是采用1∶1直接測得原理設(shè)計。不同的是置換器(球)與機械接觸型式不一樣。一般也分為兩種類型:一種是不銹鋼球與圓柱頂桿的配合式;另一種是帶“R”形圓頭的圓柱狀頂桿。

從理論和實踐來看，使用鋼球型式優(yōu)于圓柱型式。因為置換器(橡膠計量球)在標準管段中由液體推動作水平(不規(guī)則轉(zhuǎn)動)移動至接觸發(fā)訊傳遞頂桿的過程中，接觸狀態(tài)是不同的?！癛”形圓頭的圓柱狀一體頂桿，“R”面與球面放大后為不規(guī)則的非點面結(jié)合，不可避免存在軸向與徑向摩阻的變量性，造成了金屬R頭與橡膠球面接觸時彈性系數(shù)誤差的不一致(橡膠球自身表面的硬度不可能一致，這就是重復性誤差不確定因素之一)。

二、發(fā)訊探頭淺析

不管是光電式還是光纖式，其工作原理是相同的(是一個開關(guān)門狀態(tài)信號輸出)，大多數(shù)人認為對體積管重復性不會有多大的誤差影響和不確定因素，然而在實際應(yīng)用中卻表明存在一系列問題，因此不得不引起制造商和使用單位的重視。

光電式探頭工作原理是由一個發(fā)光源與一個光敏接收源組成，當有物體遮擋住發(fā)光源后將光線反射回接收源，接收后的光波經(jīng)由電路處理將光信號轉(zhuǎn)換為電信號并作一系列放大、整形處理后輸出。由于光電式探頭的發(fā)光源發(fā)出的光束是一個不規(guī)則呈散光狀的光柱(這是由發(fā)射源孔徑?jīng)Q定的)，從而對接收源接收信號的強弱及觸發(fā)位置狀態(tài)帶來了時間差，這就是個不確定的誤差源。另外，外部電源波動及光孔表面的灰塵為另一個誤差源，最終確定的重復性只能是隨機獲取。

光纖式探頭工作原理雖然和光電式探頭工作原理基本一樣，但與其比較有著獨特的技術(shù)和質(zhì)量優(yōu)勢。

光纖式探頭的發(fā)光源發(fā)出的光束為圓柱形、集束規(guī)整、紅外可見光柱(無散光、無不規(guī)則現(xiàn)象)，發(fā)射距離可調(diào)，同軸同位反射定位準確;電路處理抗干擾、抗波動性強，輸出為規(guī)整的方波信號。尤其是在觸發(fā)動作結(jié)構(gòu)和發(fā)訊方式方面經(jīng)歷了20多年的應(yīng)用和改進，這使體積管的重復性更上了一個層次，對體積管流量系統(tǒng)的長期穩(wěn)定有一個較高的提升。

三、檢測開關(guān)發(fā)訊位置準確度對體積管流量裝置不確定度影響的評估

設(shè)計體積管管徑為DN358(14″)，置換器過盈量為2.5%(球徑Φ366)的膠球在管段中則形成平寬帶面約60mm。

設(shè)計單向容積值為2000L，則0.02%允差為40mL;14″管徑截面積1mm長度為100mL。

檢測開關(guān)膠球(置換器)前沿觸發(fā)或返向后沿觸發(fā)，鋼球頂桿上升高度1mm，則置換器管段內(nèi)移動約2mm，1mm=0.2L(200mL)。

如檢測開關(guān)觸發(fā)，復位，反復多次，其上升平均高度(發(fā)訊位置)誤差在0.1mm范圍內(nèi)時則為20mL。

不銹鋼材質(zhì)體積管標準體積管段由于內(nèi)部管壁無涂層材料，其本身具有較好的容積穩(wěn)定性，在實際運行過程中，體積管的標準體積段是以管段內(nèi)運行的置換器觸發(fā)檢測開關(guān)作為起始標志及終止標志，所以置換器觸發(fā)檢測開關(guān)的靈敏程度及機械動作可靠程度直接影響標準容積段的計量準確度性能。綜上可知，檢測開關(guān)自身的靈敏程度所帶來的測量結(jié)果的不確定度可忽略不計(檢測開關(guān)“發(fā)訊器件”一般都是電子器件，反應(yīng)性能都優(yōu)于0.5ms或微秒級)，在置換器最大運行速度時觸發(fā)動作也不會小于10ms，可忽略。而運行過程中檢測開關(guān)機械動作響應(yīng)時間性能和復位準確度則有直接關(guān)系。也就是說機械傳動結(jié)構(gòu)型式和點面結(jié)合均有關(guān)聯(lián)，應(yīng)注重設(shè)計和加工質(zhì)量。

由此可見，觸發(fā)位置準確度誤差與截面積位移量成正比，不確定度誤差因素也顯而易見。因此，檢測開關(guān)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝質(zhì)量技術(shù)的重要性影響無疑很重要。