容積式流量計(jì)應(yīng)用概況

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

工業(yè)發(fā)達(dá)國家近年P(guān)D流量計(jì)(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(jì)為34萬臺(tái)，其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70%和20%。

⑴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大;

⑵被測(cè)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(dòng)。

⑴計(jì)量精度高;

⑵安裝管道條件對(duì)計(jì)量精度沒有影響;

⑶可用于高粘度液體的測(cè)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(jì)，總量，清晰明了，操作簡便。

容積式流量測(cè)量是采用固定的小容積來反復(fù)計(jì)量通過流量計(jì)的流體體積.所以，在容積式流量計(jì)內(nèi)部必須具有構(gòu)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體積的空間，通常稱其為容積式流量計(jì)的 "計(jì)量空間"或"計(jì)量室".這個(gè)空間由儀表殼的內(nèi)壁和流量計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)部件一起構(gòu)成.容積式流量計(jì)的工作原理為:流體通過流量計(jì)，就會(huì)在流量計(jì)進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差.流量計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件(簡稱轉(zhuǎn)子)在這個(gè)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(gè)過程中，流體一次次地充滿流量計(jì)的"計(jì)量空間"，然后又不斷地被送往出口.在給定流量計(jì)條件下，該計(jì)量空間的體積是確定的，只要測(cè)得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù).就可以得到通過流量計(jì)的流體體積的累積值。

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

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

3. 液體渦輪流量計(jì)出廠時(shí)，是用常溫的水進(jìn)行標(biāo)定的。若所測(cè)流體與常溫的水性質(zhì)不同時(shí)，常數(shù)應(yīng)加以修正或重新用實(shí)際所測(cè)的流體標(biāo)定，但對(duì)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(jì)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(shí)，應(yīng)進(jìn)行更換并重新標(biāo)定。

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

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

容積式流量計(jì)的測(cè)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(jì)的流體體積真值;I為流量計(jì)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(jì)的誤差特性僅與流量計(jì)內(nèi)部的計(jì)量空間體積v、儀表齒輪比常數(shù)a有關(guān).也就是說，從測(cè)量原理的角度來說，容積式流量計(jì)的測(cè)量誤差僅與流量計(jì)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(gè)誤差特性稱為容積式流量計(jì)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(duì)容積式流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，畫出實(shí)際誤差特性曲線時(shí)，則較接近曲線2的形式.在小流量時(shí)，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(dòng)，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(shì)，是因?yàn)樵谟谌莘e式流量計(jì)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(dòng)件與外殼之間的間隙直接從入口流向出口，沒有被計(jì)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(shí)間內(nèi)的流體漏流量用△g表示;通過流量計(jì)的流量為qv;通過流量計(jì)總的流體體積量為V;在這一段時(shí)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(shí)，轉(zhuǎn)子排出N個(gè)計(jì)量空間流體量時(shí)，實(shí)際通過流量計(jì)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(jì)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(shí)間漏流量△g影響.

若假定該容積式流量計(jì)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(shì).

當(dāng)流量很小，在極端情況下,qr=△g,則式(2-11)中括號(hào)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(hào)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(shí)，式(2-11)轉(zhuǎn)變成式(2-6)，誤差曲線趨向于理想誤差曲線.

流量計(jì)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(jì)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(cè)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(cè)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(jì)沒有額定大口徑的，有些大口徑的流量計(jì)價(jià)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(jì)、文丘里管、超聲波流量計(jì)。

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

典型的容積式流量計(jì)(橢圓齒輪式)的工作原理如圖1所示。兩個(gè)橢圓齒輪具有相互滾動(dòng)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(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，為主動(dòng)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(dòng)輪，由下方齒輪帶動(dòng)，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。在圖1(b)位置時(shí)，兩個(gè)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(shí)，上方齒輪變?yōu)橹鲃?dòng)輪，下方齒輪則成為從動(dòng)輪，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到與圖1(a)相同位置，完成一個(gè)循環(huán)。一次循環(huán)動(dòng)作排出四個(gè)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(jì)的"循環(huán)體積"。

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

則 V=Nυ (1)

橢圓齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過磁性密封聯(lián)軸器及傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)傳遞給計(jì)數(shù)器直接指示出流經(jīng)流量計(jì)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(shí)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(jì)，但大部分都有相似的基本特征。容積式流量計(jì)產(chǎn)生誤差的主要原因是分割單個(gè)流體體積的活動(dòng)測(cè)量件和靜止測(cè)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(dòng)件摩阻力;之二是受儀表水力學(xué)阻力形成壓力降的作用。

容積式流量計(jì)性能的選擇

在容積式流量計(jì)性能選擇方面主要應(yīng)考慮以下五個(gè)要素:⑴流量范圍;⑵被測(cè)介質(zhì)物性;⑶測(cè)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(jì)的流量范圍與被測(cè)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(cè)量準(zhǔn)確度等因素有關(guān)。同一容積式流量計(jì)，對(duì)于介質(zhì)種類，用于較高粘度的

流體時(shí)，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(duì)于使用特點(diǎn)，用于間歇測(cè)量時(shí)，其流量范圍較大(主要是上限流量可以比連續(xù)工作時(shí)大);對(duì)于測(cè)量準(zhǔn)確度，用于低準(zhǔn)確度測(cè)量時(shí)，其流量范圍較大，而用于高準(zhǔn)確度測(cè)量時(shí)，流量范圍較小。從流量計(jì)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(shí)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(jì)體積龐大，在大流量時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，所以一般適合中小流量測(cè)量。結(jié)合容積式流量計(jì)的性能，在需要測(cè)量大流量時(shí)，可采用45度組合腰輪結(jié)構(gòu)的流量計(jì);在需要低噪聲工作的場合，可選用雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)。

⑵被測(cè)介質(zhì)物性

被測(cè)介質(zhì)物性主要考慮流體的粘性和腐蝕性。考慮粘性以選擇合適的流量計(jì)類型，而腐蝕性是選擇流量計(jì)材質(zhì)的主要因素之一例如，用于測(cè)量各種石油產(chǎn)品的，可選用鑄鋼、鑄鐵制造的流量計(jì);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(jì);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(jì)。另外，用于食品行業(yè)的流量計(jì)，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(jì)內(nèi)無儲(chǔ)液部位，如橢圓齒輪流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)等。

⑶測(cè)量準(zhǔn)確度

容積式流量計(jì)是目前測(cè)量準(zhǔn)確度最高的流量計(jì)之一。廠家在產(chǎn)品樣本上給出的測(cè)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(huì)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(shí)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(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度影響較大的主要有被測(cè)介質(zhì)粘度的影響和溫度的影響。

流體粘度對(duì)流量計(jì)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(shí)的流體粘度有較大差異時(shí)，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(jì)的工作壓力要由流量計(jì)殼體來承受，對(duì)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(jì)時(shí)必須考慮的重要問題。尤其是大流量使用時(shí)，更應(yīng)注意核算流量計(jì)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(jì)是用于計(jì)量交接和成本核算，還是用于過程參數(shù)控制。用于計(jì)量核算的流量計(jì)主要考慮其計(jì)量精度，可以是就地指示儀表;用于過程控制的流量計(jì)主要考慮其可靠性，且應(yīng)有發(fā)信器、計(jì)數(shù)器、調(diào)節(jié)顯示儀表等各種配套設(shè)備。