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液体容积式流量计的误差特性及使用注意事项 |
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作者：杨怀德 柴奇勇 |
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容积式流量计出现已有一百多年的历史，开始使用主要用于测量水流量，最初的流量计是一种排水泵或水压机，后来发展成为流量计。到上世纪30年代后期，被广泛用于油品测量，目前在我国还广泛用于石油类产品的计量，使用极为普通，用量甚大。
1 容积式流量计的基本结构及分类
容积式流量计是利用机械测量元件把流体连续不断地分隔成单位体积并进行累加计量出总体积而实现流体计量。它与日常生活中用容器来计量液体体积的方式有点类似，所不同的是在工业应用时，需要在管道中连续地测量流体体积。它的工作过程是：流体不断地充满具有一定容积的某“计量空间”，然后再连续地将这部分流体送到出口流出，在一次测量中，将这些“计量空间”被流体充满的次数不断累加，乘以“计量空间”的体积，就可以得到通过流量计的流量总量。
容积式流量计品种繁多，结构形式变化多种多样，根据其测量元件的结构特点，主要有椭圆齿轮流量计、腰轮（罗茨）流量计、刮板流量计、旋转活塞式流量计、往复活塞式流量计、圆盘流量计等许多种。
2 容积式流量计的误差特性
对于任何一个流量测量值来说，必须包括两部分内容：一是流量测量值本身；二是它的误差允许范围，否则是不完整的。所以，对于任何一种流量计，都必须了解它的误差特性。所谓误差特性，就是流量计的误差值与流量测量值之间的关系。讨论误差特性，就是讨论和研究测量误差值随流量测量值变化而变化的趋势。
设流量计计量空间体积为V0（m3），一定时间内转子转动次数为N，则在该时间内流过的流体体积V（m3）为
V＝NV0 （1）
再设仪表的齿轮比常数为a，a的值由传递转子转动的齿轮组的齿轮比和仪表指针转动一周的刻度值所确定，若仪表指示值为I，它与转子转动次数N的关系为
I＝aN （2）
由式（1）和（2）可得到一定时间内通过仪表的流体体积与仪表指示值的关系
容积式流量计的测量误差值E，可由指示值与真值之差与指示值之比表示，则误差值E可表示为
将流体体积V与指示值I之间的关系式（3）代入，可得：
由式（5）可见，容积式流量计的误差特性仅与流量计内部的计量空间体积V0、仪表齿轮比常数a有关。也就是说，从测量原理的角度来说，容积式流量计的测量误差仅与流量计的几何结构有关，而与流体性质和流量值无关，我们把这个误差特性称为容积式流量计的理想误差特性。画成曲线，是一条平行于横轴的水平线，如图1中曲线1所示。
图1 容积式流量计误差特征曲线图
然而，当我们对容积式流量计进行标定，画出实际误差特性曲线时，则较接近曲线2的形式。在小流量时，误差值急剧地向负方向倾斜；随着流量增大，误差值逐渐由负方向向正方向移动，并稳定在某一定位上，误差曲线平行于横轴。流量继续增加，误差值又将负方向偏移。实际误差特性曲线所以呈现这种变化趋势，是因为容积式流量计中存在着不可避免的漏流现象。所谓漏流，就是流体通过转动件与外壳之间的间隙直接从入口流向出口，没有被计量。以下将讨论考虑了漏流现象的误差特性关系式。
假设在单位时间内的流体漏流量用△g表示；通过流量计的流量为qV；通过流量计总的流体体积量为V；在这一段时间内总的漏流的体积量为△V。这样△V可表示为：
所以，当存在漏流时，转子排出N个计量空间流体量时，实际通过流量计的流体体积为
V＝NV0＋△V （7）
将式（2）（6）代入式（7），可得：
式（8）可整理成：
将式（9）代入误差定义式（4），可得：
分析式（10）可见，由于计量空间体积V0、齿轮比常数a均为定值，所以误差E与流量之间的关系受单位时间漏流量△g影响。
若假定该容积式流量计的漏流量△g是一恒定值，可利用式（10）讨论其误差曲线的变化趋势。
当流量很小，在极端情况下，qV=△g，则式（10）中括号内为0，误差值E趋向负无穷大。随着流量qV增加，式（10）中括号内数值逐渐增大，误差值E也逐渐向正方向增加，当流量继续增加，达到△g与qV相比显得非常小，即qV/△g很接近0时，式（10）转变成式（5），误差曲线趋向于理想误差曲线。
3 容积式流量计使用中的注意事项
容积式流量计是一种准确度较高的流量计，但使用不当不会得到理想的结果，只有及时维护，才能使流量计正常运行。正确使用与及时维护流量计，是流量计操作人员应当坚守的职责。
新设计选型的或重新安装的流量计计量系统，经安装检查无误之后，应进行试运行工作。试运行工作按下述程序进行：首先关闭流量计前后阀门，对水平安装的计量系统缓慢打开旁通管路阀门（对垂直安装的系统，则打开主管线阀门），使流体从旁路管道流过，以冲洗管道中残留的杂物并使流量计进出口压力平衡。若无旁路管道，则可用短管替代流量计使流体通过，待管道冲洗干净后，取下短管而换回流量计。按照流量计说明书中规定进行使用即可。
计量系统投入正常运行后，操作人员要注意以下几个方面：
（1）排尽气体：通常实液扫线后，管道内还残留较多空气，随着加压运行，空气以较高流速流过容积式流量计，活动测量元件可能过速运转，损伤轴和轴承。因此开始时要缓慢增加流量，使空气渐渐外逸。
（2）旁路管切换顺序：液流从旁路管转入仪表时，启闭要缓慢，特别在高温高压管线上更应注意。启用时第1步徐徐徐开启A阀，液体先在旁路管流动一段时间；第2步徐徐开启B阀；第3步徐徐开启C阀；第4步徐徐关闭A阀。关闭时按上述逆顺序动作操作。
（3）启动后通过最低位指针或字轮和秒表，确认未达过度流动，最佳流量应控制在（70～80）％最大流量，以保证仪表使用寿命。
（4）检查过滤器：新线启动过滤器网最易被打破，试运行后要及时检查网是否完好。同时过滤网清洁无污物时记录下常用流量下的压力损失这两个参数，今后不必卸下检查网堵塞状况，即以压力损失增加程度判断是否要清洗。
（5）测量高粘度液体：用于高粘度液体，一般均加热后使之流动。当仪表停用后，其内部液体冷却而变稠，再启用时必须先加热待液体粘度降低后才让液体流过仪表，否则会咬住活动测量元件使仪表损坏。
（6）避免急剧流量变化：使用容积式流量计时，应注意不能有急剧的流量变化（如使用快开阀），因容积式流量计的惯性作用，急剧流量变化将产生较大附加惯性力，使转子损坏。
（7）在用蒸汽冲洗管道时禁止蒸汽通过容积式流量计。
4 结束语
容积式流量计是一种较为经典的流量计，在工业动态计量中还在大量使用，只有了解容积式流量计的误差特性，做好使用和日常维护工作，才能保证发挥该类仪表的优势，更好地服务于生产。(end)
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(7/18/2009) |
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