容積式流量計原理及結構

容積式流量測量是采用固定的小容積來反復計量通過流量計的流體體積．所以，在容積式流量計內部必須具有構成一個標準體積的空間，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壁和流量計轉動部件一起構成．

容積式流量計的工作原理為：流體通過流量計，就會在流量計進出口之間產生一定的壓力差．流量計的轉動部件(簡稱轉子)在這個壓力差作用下特產生旋轉，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，只要測得轉子的轉動次數．就可以得到通過流量計的流體體積的累積值．

設流量計計量空間體積為v(m³)，一定時間內轉子轉動次數為N，則在該時間內流過的流體體積為

V＝Nv （2－1）

再設儀表的齒輪比常數為 a， a的值由傳遞轉子轉動的齒輪組的齒輪比和儀表指針轉動一周的刻度值所確定。若儀表指示值為I，它與轉子轉動次數N的關系為

I＝ a N （2－2）

由式(2—1)和(2－2)可得在一定時間內通過儀表的流體體積與儀表指示值的關系

V＝ (v/a) I （2－3）

容積式流量計的結構

為了適應生產中對流量測量的各種不同介質和不同工作條件的要求，產生了各種不同型式的容積式流量計．其中比較常見的有齒輪型、刮板型和旋轉活塞型等三種型式，現分別介紹如下．

1．齒輪型容積式流量計

這種流量計的殼體內裝有兩個轉子，直接或間接地相互嚙合，在流量計進口與出口之間的壓差作用下產生轉動．通過齒輪的旋轉，不斷地將充滿在齒輪與殼體之間的“計量空間”中的流體排出．通過測量齒輪轉動次數，可得到通過流量計的流體量．

圖2—1中示出是橢圓齒輪型容積流量計(也稱奧巴爾容積流量計)的示意圖

圖2－1 橢圓齒輪流量計工作示意圖

由圖可見，該流量計由兩橢圓齒輪相互嚙合進行工作，其工作過程簡述如下：圖中P1表示流量計進口流體壓力；表示出口流體壓力，顯然壓力P1大于P2．在圖2—1(a)中，下面轉子雖然受到流體的壓差作用，但不產生旋轉力矩，而上面齒輪在兩例差壓作用下產生旋轉力矩而轉動．由于兩個齒輪互相嚙合，故各自以O1，O2為軸心按箭頭方向旋轉，同時齒輪O1將半月形計量空間的流體排向出口．在圖2—1(a)狀態時，上齒輪為主動輪，下齒輪為從動輪．在圖2－1(b)位置時，兩個齒輪均在流體差壓作用下產生旋轉力矩，并在該力矩作用下沿箭頭方向旋轉，轉變到圖2—1(c)所示的位置．這時齒輪位置與圖2—1(a)相反，下齒輪為主動輪，上齒輪為從動輪．下齒輪在進出口流體差壓作用下旋轉，又一次將它與殼體之間的半月型“計量空間”中的流體排出．如此連續不斷運動，橢圓齒輪每轉一周，就排出四份“計量空間”流體體積．因此，只要讀出齒輪的轉數，就可以計算出排出的液體量．參考圖2－2，可計算出排出的流體總量為

V＝4nv

＝2 n（R²－ab)

（2－4）

式中 n——齒輪的轉動次數；

a，b——橢圓齒輪的長半袖，短半鈾；

­­­­—— 橢圓齒輪的厚度．

另一種齒輪型容積式流量計是腰輪容積流量計，也稱羅茨型容積流量計．這種流量計的工作原理和工作過程與橢圓齒輪型基本相同，同樣是依靠進，出口流體壓力差產生運動，每旋轉一周排出四份“計量空間”的流體體積量．所不同的是在腰輪上沒有齒，它們不是直接相互嚙合轉動，而是通過按裝在殼體外的傳動齒輪組進行傳動．

上述兩種轉子型式的容積流量計，可用于各種液體流量的測量，尤其是用于油流量的準確測量．在高壓力、大流量的氣體流量測量中，這類流量計也有應用．由于橢圓齒輪容積流量計直接依靠測量輪嚙合，因此對介質的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質通過流量計．

2．刮板式容積流量計

刮板式流量計也是一種較常見的容積式流量計．在這種流量計的轉子上裝有兩對可以徑向內外滑動的刮板，轉子在流量計進、出口差壓作用下轉動，每轉動一周排出四份“計量空間”的流體體積．與前一類流量計相同，只要測出轉動次數，就可以計算出排出流體的體積量．

較常見的凸輪式刮板流量計結構如圖2—4所示．圖中殼體的內腔是一圓形空筒，轉子也是一個空心圓筒形物體，徑向有一定寬度，徑向在各為90°的位置開四個槽，刮板可以槽內自由滑動．四塊刮板由兩根連桿連結，相互垂直，在空間交叉．在每一刮板的一端裝有一小滾珠，四個滾珠均在一固定的凸輪上滾動使刮板時仲時縮．當相鄰兩刮板均伸出至殼體內壁時，就形成—計量空間的標準體積．刮板在計量區段運動時，只隨轉子旋轉而不滑動，以保證其標準容積恒定．當離開計量區段時，刮板縮入槽內，流體從出口排出．同時，后一刮板又與其另一相鄰刮板形成第二個“計量空間”，同樣動作．轉子運動一周，排出四份“計量空間”體積的流體．

在刮板式容積流量計中，還有所謂旋轉閥式刮板流量計，它的工作原理與凸輪式相似，但結構不同，這里就不詳細敘述了．

3．旋轉活塞式容積流量計

旋轉活塞式(也稱為擺動活塞式)容積流量計的結構與工作原理可見圖2—5所示．

如圖，旋轉活塞位于固定的內外圈3，4之間，活塞的軸6靠著導輥5滾動，中間隔板1將計量空間分成兩部分，活塞2的上缺口和隔板1咬合，當活塞依箭頭方向運動時與隔板1成直線運動．活塞在進出口流體壓力差的作用下，始終與內外圓桶壁緊密接觸旋轉，交替不斷地將活塞與內外圓筒之間的流體排出，通過計算活塞旋轉次數可得到流過的流體量．

旋轉活塞式容積流量計具有通流能力較大的優點．它的不足是在工作過程會有一定的泄

漏，所以準確度較低．