容積式流量計

⑴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大;

⑵被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大;

⑶不適用于高、低溫場合;

⑷大部分儀表只適用于潔凈單相流體;

⑸產(chǎn)生噪聲及振動。

容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計并列為三類使用量最大的流量計，常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測量。

工業(yè)發(fā)達(dá)國家近年P(guān)D流量計(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的13%~23%;中國約占20%,1990年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)估計為34萬臺，其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70%和20%。

⑴計量精度高;

⑵安裝管道條件對計量精度沒有影響;

⑶可用于高粘度液體的測量;

⑷范圍度寬;

⑸直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計，總量，清晰明了，操作簡便。

容積式流量測量是采用固定的小容積來反復(fù)計量通過流量計的流體體積.所以，在容積式流量計內(nèi)部必須具有構(gòu)成一個標(biāo)準(zhǔn)體積的空間，通常稱其為容積式流量計的 "計量空間"或"計量室".這個空間由儀表殼的內(nèi)壁和流量計轉(zhuǎn)動部件一起構(gòu)成.容積式流量計的工作原理為:流體通過流量計，就會在流量計進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差.流量計的轉(zhuǎn)動部件(簡稱轉(zhuǎn)子)在這個壓力差作用下特產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口.在這個過程中，流體一次次地充滿流量計的"計量空間"，然后又不斷地被送往出口.在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動次數(shù).就可以得到通過流量計的流體體積的累積值。

容積式流量計按其測量元件分類，可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復(fù)活塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。

對于任何一個流量測量值來說，必須包括兩部分內(nèi)容:一是流量測量值本身;二是它的誤差允許范圍.否則是不完整的.所以，對于任何一種流量計，都必須了解它的誤差特性。

所謂誤差特性，就是流量計的誤差值與流量測量值之間的關(guān)系。討論誤差特性，就是討論和研究測量誤差值隨流量測量值變化而變化的趨勢.

容積式流量計的測量誤差值E,可由指示值與真值之差與指示值之比表示.設(shè):V為通過流量計的流體體積真值;I為流量計指示值，則誤差值E可表示為

E= (I - V) / I (2-5)

將流體體積V與指示值I之間的關(guān)系式(2-3)代入，可得:

E=(1- v) / a (2-6)

由式2-6可見，容積式流量計的誤差特性僅與流量計內(nèi)部的計量空間體積v、儀表齒輪比常數(shù)a有關(guān).也就是說，從測量原理的角度來說，容積式流量計的測量誤差僅與流量計的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與流體性質(zhì)和流量值無關(guān)，我們把這個誤差特性稱為容積式流量計的理想誤差特性.畫成曲線，是一條平行于橫軸的水平線，如圖2-6中曲線1所示.

然而，當(dāng)我們對容積式流量計進(jìn)行標(biāo)定，畫出實(shí)際誤差特性曲線時，則較接近曲線2的形式.在小流量時，誤差值急劇地向負(fù)方向傾斜;隨著流量增大，誤差值逐漸由負(fù)方向向正方向移動，并穩(wěn)定在某一定位上，誤差曲線平行于橫軸.流量繼續(xù)增加，誤差值又將向負(fù)方向偏移.實(shí)際誤差特性曲線所以呈現(xiàn)這種變化趨勢，是因?yàn)樵谟谌莘e式流量計中存在著不可避免的漏流現(xiàn)象.所謂漏流，就是流體通過轉(zhuǎn)動件與外殼之間的間隙直接從入口流向出口，沒有被計量.以下將討論考慮了漏流現(xiàn)象的誤差特性關(guān)系式.

假設(shè)在單位時間內(nèi)的流體漏流量用△g表示;通過流量計的流量為qv;通過流量計總的流體體積量為V;在這一段時間內(nèi)總的漏流的體積量為△V.這株△V可表示為

△V= △g * V / qv (2-7)

所以，當(dāng)存在漏流時，轉(zhuǎn)子排出N個計量空間流體量時，實(shí)際通過流量計的流體體積為

V=Nv+△V (2-8)

將式2-2,2-7代入式2-8,可得:

V= I v/ a+△g * V/ q v (2-9)

式(2-9)可整理成:

V= Iv / n (1 - △g / qv ) (2-10)

將式(2-10)代入誤差定義式(2-5)，可得:

E=1-v / a (1- △g / qv) (2-11)

分析式2-11可見，由于計量空間體積v、齒輪比常數(shù)a均為定值，所以誤差E與流量之間的關(guān)系受單位時間漏流量△g影響.

若假定該容積式流量計的漏流量 △g是一恒定值，可利用式(2-11)討論其誤差曲線的變化趨勢.

當(dāng)流量很小，在極端情況下,qr=△g,則式(2-11)中括號內(nèi)為0,誤差值E趨向負(fù)無窮大.

隨著流量qv增加，式(2-11)中括號內(nèi)數(shù)值逐漸增大，誤差值E也逐漸向正方向增加。

當(dāng)流量繼續(xù)增加，達(dá)到△g與qv相比顯得非常小，即△g/qv很接近0時，式(2-11)轉(zhuǎn)變成式(2-6)，誤差曲線趨向于理想誤差曲線.

容積式流量計性能的選擇

在容積式流量計性能選擇方面主要應(yīng)考慮以下五個要素:⑴流量范圍;⑵被測介質(zhì)物性;⑶測量準(zhǔn)確度;⑷耐壓性能(工作壓力)和壓力損失;⑸使用目的。

⑴流量范圍

容積式流量計的流量范圍與被測介質(zhì)的種類(主要決定于流體粘度)、使用特點(diǎn)(連續(xù)工作還是間歇工作)、測量準(zhǔn)確度等因素有關(guān)。同一容積式流量計，對于介質(zhì)種類，用于較高粘度的

流體時，其流量范圍較大(主要是下限流量可以擴(kuò)展到較低的量值);對于使用特點(diǎn)，用于間歇測量時，其流量范圍較大(主要是上限流量可以比連續(xù)工作時大);對于測量準(zhǔn)確度，用于低準(zhǔn)確度測量時，其流量范圍較大，而用于高準(zhǔn)確度測量時，流量范圍較小。從流量計特性曲線上也可以清楚地看到這一點(diǎn)。

為了保持儀表良好的性能和較長的使用壽命，使用時最大流量最好應(yīng)選在儀表最大流量的70%-80%。

由于一般的容積式流量計體積龐大，在大流量時會產(chǎn)生較大噪聲，所以一般適合中小流量測量。結(jié)合容積式流量計的性能，在需要測量大流量時，可采用45度組合腰輪結(jié)構(gòu)的流量計;在需要低噪聲工作的場合，可選用雙轉(zhuǎn)子流量計。

⑵被測介質(zhì)物性

被測介質(zhì)物性主要考慮流體的粘性和腐蝕性?？紤]粘性以選擇合適的流量計類型，而腐蝕性是選擇流量計材質(zhì)的主要因素之一例如，用于測量各種石油產(chǎn)品的，可選用鑄鋼、鑄鐵制造的流量計;用于腐蝕性輕微的化學(xué)液體以及冷、溫水可選用銅合金制造的流量計;用于純水、高溫水、原油、瀝青、高溫液體、各種化學(xué)液體以及食品等應(yīng)選用不銹鋼制造的流量計。另外，用于食品行業(yè)的流量計，除與流體接觸的零件必須用不銹鋼及符合衛(wèi)生條件的要求外，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)易于折卸清洗，流量計內(nèi)無儲液部位，如橢圓齒輪流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計等。

⑶測量準(zhǔn)確度

容積式流量計是目前測量準(zhǔn)確度最高的流量計之一。廠家在產(chǎn)品樣本上給出的測量準(zhǔn)確里是指在實(shí)驗(yàn)室參比條件下得到的基本誤差，而在實(shí)際使用中，由于現(xiàn)場條件的偏離，必然會帶來附加誤差，實(shí)際誤差應(yīng)該是基本誤差和附加誤差的合成。所以儀表選型時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場可能出現(xiàn)的問題采取措施。

現(xiàn)場條件對測量準(zhǔn)確度影響較大的主要有被測介質(zhì)粘度的影響和溫度的影響。

流體粘度對流量計誤差特性的影響在第三節(jié)已有較詳細(xì)的討論，當(dāng)實(shí)際使用的流體粘度與實(shí)驗(yàn)室檢定時的流體粘度有較大差異時，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的粘度修正。如果除流體粘度外，其他參數(shù)沒有明顯的變化，則可以用以下兩種方法進(jìn)行粘度修正。

⑷耐壓性能(工作壓力)和壓力損失

流量計的工作壓力要由流量計殼體來承受，對工作壓力的不同要求，應(yīng)選用不同材質(zhì)的受壓部件，以免引起使用上的不安全。

壓力損失也是選擇流量計時必須考慮的重要問題。尤其是大流量使用時，更應(yīng)注意核算流量計的壓力損失是否能滿足用戶的要求。

⑸使用目的

使用目的指流量計是用于計量交接和成本核算，還是用于過程參數(shù)控制。用于計量核算的流量計主要考慮其計量精度，可以是就地指示儀表;用于過程控制的流量計主要考慮其可靠性，且應(yīng)有發(fā)信器、計數(shù)器、調(diào)節(jié)顯示儀表等各種配套設(shè)備。

流量計的選摘要空虛思慮功底提供的儀表?xiàng)l件。起首要思考介質(zhì)的靜壓和溫度，流量計的靜壓與耐溫也是包管儀表使用壽命與粗略度的必要一環(huán)，儀表的靜壓即耐壓水平，它應(yīng)稍大于被測介質(zhì)的任務(wù)壓力，通常取1.25倍，以保障不發(fā)生走漏或意外。第二量程規(guī)模的選擇，主假設(shè)儀表刻度上限的選擇。選小了，易過載，敗不佳儀表;選大了，有礙于測量的精確性。國度規(guī)范規(guī)定最大流量不超越滿刻度的95%;畸形流量為滿刻度的70%~85%;最小流量不小于滿刻度的30%。著末比照緊要的儀表?xiàng)l件是功底管徑，有些流量計沒有額定大口徑的，有些大口徑的流量計價值很是卑賤，當(dāng)前比照切當(dāng)大管徑的流量儀表有笛形勻速管、插入式旋渦、插入式渦輪、電磁流量計、文丘里管、超聲波流量計。

1. 液體渦輪流量計應(yīng)按照銘牌上的標(biāo)準(zhǔn)流量范圍、公稱壓力及流向標(biāo)記安裝使用。

2. 液體渦輪流量計應(yīng)在流體溫度為-20~+120℃、環(huán)境溫度-20~+55℃環(huán)境相對濕度不大于80%的條件下工作。

3. 液體渦輪流量計出廠時，是用常溫的水進(jìn)行標(biāo)定的。若所測流體與常溫的水性質(zhì)不同時，常數(shù)應(yīng)加以修正或重新用實(shí)際所測的流體標(biāo)定，但對于粘度小于5×10-6m2/s(5Mpa.s)的流體，則不必重新標(biāo)定。

4. 液體渦輪流量計的使用期在正常情況下，一般為半年至一年，視工作條件的惡劣程度而定。并應(yīng)定期進(jìn)行拆洗。如發(fā)現(xiàn)軸或軸承有嚴(yán)重磨損時，應(yīng)進(jìn)行更換并重新標(biāo)定。

從原理上講是一臺從流體中吸收少量能量的水力發(fā)動機(jī)，這個能量用來克服流量檢測元件和附件轉(zhuǎn)動的摩擦力，同時在儀表流入與流出兩端形成壓力降。

典型的容積式流量計(橢圓齒輪式)的工作原理如圖1所示。兩個橢圓齒輪具有相互滾動進(jìn)行接觸旋轉(zhuǎn)的特殊形狀。P1和p2分別表示入口壓力和出口壓力，顯然p1>p2，圖1(a)下方齒輪在兩側(cè)壓力差的作用下，產(chǎn)生逆時針方向旋轉(zhuǎn)，為主動輪;上方齒輪因兩側(cè)壓力相等，不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，是從動輪，由下方齒輪帶動，順時針方向旋轉(zhuǎn)。在圖1(b)位置時，兩個齒輪均在差壓作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。選裝到圖1(c)位置時，上方齒輪變?yōu)橹鲃虞?，下方齒輪則成為從動輪，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到與圖1(a)相同位置，完成一個循環(huán)。一次循環(huán)動作排出四個由齒輪與殼壁間圍成的新月形空腔的流體體積，該體積稱作流量計的"循環(huán)體積"。

設(shè)流量計"循環(huán)體積"為υ，一定時間內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動次數(shù)為N，則在該時間內(nèi)流過流量計的流體體積為V，

則 V=Nυ (1)

橢圓齒輪的轉(zhuǎn)動通過磁性密封聯(lián)軸器及傳動減速機(jī)構(gòu)傳遞給計數(shù)器直接指示出流經(jīng)流量計的總量。若附加發(fā)信裝置后，再配以電顯示儀表可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳只是瞬時流量或累積流量。

雖然有許多分割方法形成各種形式的容積式流量計，但大部分都有相似的基本特征。容積式流量計產(chǎn)生誤差的主要原因是分割單個流體體積的活動測量件和靜止測量室之間的縫隙泄漏量所形成。產(chǎn)生泄漏的原因之一是為克服活動件摩阻力;之二是受儀表水力學(xué)阻力形成壓力降的作用。