液體容積式流量計的誤差特性及使用注意事項

容積式流量計出現已有一百多年的歷史，開始使用主要用于測量水流量，zui初的流量計是一種排水泵或水壓機，后來發展成為流量計。到上世紀30年代后期，被廣泛用于油品測量，目前在我國還廣泛用于石油類產品的計量，使用極為普通，用量甚大。

1 容積式流量計的基本結構及分類

    容積式流量計是利用機械測量元件把流體連續不斷地分隔成單位體積并進行累加計量出總體積而實現流體計量。它與日常生活中用容器來計量液體體積的方式有點類似，所不同的是在工業應用時，需要在管道中連續地測量流體體積。它的工作過程是：流體不斷地充滿具有一定容積的某“計量空間”，然后再連續地將這部分流體送到出口流出，在一次測量中，將這些“計量空間”被流體充滿的次數不斷累加，乘以“計量空間”的體積，就可以得到通過流量計的流量總量。

    容積式流量計品種繁多，結構形式變化多種多樣，根據其測量元件的結構特點，主要有橢圓齒輪流量計、腰輪（羅茨）流量計、刮板流量計、旋轉活塞式流量計、往復活塞式流量計、圓盤流量計等許多種。

2 容積式流量計的誤差特性

    對于任何一個流量測量值來說，必須包括兩部分內容：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。

    設流量計計量空間體積為V0（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V（m3）為

    V＝NV0     （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＝aN     （2）

    由式（1）和（2）可得到一定時間內通過儀表的流體體積與儀表指示值的關系

         （3）

    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，則誤差值E可表示為

         （4）

    將流體體積V與指示值I之間的關系式（3）代入，可得：

         （5）

    由式（5）可見，容積式流量計的誤差特性僅與流量計內部的計量空間體積V0、儀表齒輪比常數a有關。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構有關，而與流體性質和流量值無關，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1中曲線1所示。
 

圖1 容積式流量計誤差特征曲線圖

    然而，當我們對容積式流量計進行標定，畫出實際誤差特性曲線時，則較接近曲線2的形式。在小流量時，誤差值急劇地向負方向傾斜；隨著流量增大，誤差值逐漸由負方向向正方向移動，并穩定在某一定位上，誤差曲線平行于橫軸。流量繼續增加，誤差值又將負方向偏移。實際誤差特性曲線所以呈現這種變化趨勢，是因為容積式流量計中存在著不可避免的漏流現象。所謂漏流，就是流體通過轉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象的誤差特性關系式。

    假設在單位時間內的流體漏流量用△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；在這一段時間內總的漏流的體積量為△V。這樣△V可表示為：

         （6）

    所以，當存在漏流時，轉子排出N個計量空間流體量時，實際通過流量計的流體體積為

    V＝NV0＋△V     （7）

    將式（2）（6）代入式（7），可得：

         （8）

    式（8）可整理成：

         （9）

    將式（9）代入誤差定義式（4），可得：

         （10）

    分析式（10）可見，由于計量空間體積V0、齒輪比常數a均為定值，所以誤差E與流量之間的關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（10）討論其誤差曲線的變化趨勢。

    當流量很小，在情況下，qV=△g，則式（10）中括號內為0，誤差值E趨向負無窮大。隨著流量qV增加，式（10）中括號內數值逐漸增大，誤差值E也逐漸向正方向增加，當流量繼續增加，達到△g與qV相比顯得非常小，即qV/△g很接近0時，式（10）轉變成式（5），誤差曲線趨向于理想誤差曲線。

3 容積式流量計使用中的注意事項

    容積式流量計是一種準確度較高的流量計，但使用不當不會得到理想的結果，只有及時維護，才能使流量計正常運行。正確使用與及時維護流量計，是流量計操作人員應當堅守的職責。

    新設計選型的或重新安裝的流量計計量系統，經安裝檢查無誤之后，應進行試運行工作。試運行工作按下述程序進行：首先關閉流量計前后閥門，對水平安裝的計量系統緩慢打開旁通管路閥門（對垂直安裝的系統，則打開主管線閥門），使流體從旁路管道流過，以沖洗管道中殘留的雜物并使流量計進出口壓力平衡。若無旁路管道，則可用短管替代流量計使流體通過，待管道沖洗干凈后，取下短管而換回流量計。按照流量計說明書中規定進行使用即可。

    計量系統投入正常運行后，操作人員要注意以下幾個方面：

    （1）排盡氣體：通常實液掃線后，管道內還殘留較多空氣，隨著加壓運行，空氣以較高流速流過容積式流量計，活動測量元件可能過速運轉，損傷軸和軸承。因此開始時要緩慢增加流量，使空氣漸漸外逸。

    （2）旁路管切換順序：液流從旁路管轉入儀表時，啟閉要緩慢，特別在高溫高壓管線上更應注意。啟用時第1步徐徐徐開啟A閥，液體先在旁路管流動一段時間；第2步徐徐開啟B閥；第3步徐徐開啟C閥；第4步徐徐關閉A閥。關閉時按上述逆順序動作操作。

    （3）啟動后通過zui低位指針或字輪和秒表，確認未達過度流動，*流量應控制在（70～80）％zui大流量，以保證儀表使用壽命。

    （4）檢查過濾器：新線啟動過濾器網zui易被打破，試運行后要及時檢查網是否完好。同時過濾網清潔無污物時記錄下常用流量下的壓力損失這兩個參數，今后不必卸下檢查網堵塞狀況，即以壓力損失增加程度判斷是否要清洗。

    （5）測量高粘度液體：用于高粘度液體，一般均加熱后使之流動。當儀表停用后，其內部液體冷卻而變稠，再啟用時必須先加熱待液體粘度降低后才讓液體流過儀表，否則會咬住活動測量元件使儀表損壞。

    （6）避免急劇流量變化：使用容積式流量計時，應注意不能有急劇的流量變化（如使用快開閥），因容積式流量計的慣性作用，急劇流量變化將產生較大附加慣性力，使轉子損壞。

    （7）在用蒸汽沖洗管道時禁止蒸汽通過容積式流量計。

4 結束語

    容積式流量計是一種較為經典的流量計，在工業動態計量中還在大量使用，只有了解容積式流量計的誤差特性，做好使用和日常維護工作，才能保證發揮該類儀表的優勢，更好地服務于生產。