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容积式流量计

    容积式流量计又称定排量流量计( Positive displacement flowmeter ) ,简称 PD 流量计或 PDF ,在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。 PD 流量计一般不具有时间基准,为得到瞬时流量值需要另外附加测量时间的装置。定排量测量方法可追溯到 18 世纪, 20 世纪 30 年代进人普遍商业应用。 PDF (不包括家用煤气表和家用水表)的销售金额在工业发达国家占流量仪表的 13 %一 23 % ,销售台数在 90 年代中期世界范围为 15 一 25 万台之间;我国销售金额约占 20 % , l990 年产量估计在 3 一 4 万台,其中椭圆齿轮式和腰轮式分别占 70 %和 20 %。

    在 PD 流量计的众多测量元件类型中,大部分国内均有产品,然而这些产品在就地显示、积算和定量控制、补偿和演算等功能方面与国外产品相比,品种过于简单,差距甚大,尚需下很大功夫。

 

容积式流量计工作原理

    PDF 从原理上讲是一台从流体中吸收少量能量的水力发动机,这个能量用来克服流量检测元件和附件转动的摩擦力,同时在仪表流人与流出两端形成压力降。典型的 PDF (椭圆齿轮式)的工作原理如图 5 . 1 所示。两个椭圆齿轮具有相互滚动进行接触旋转的特殊形状。 Pl 和 p2 分别表示人口压力和出口压力,显然 Pl > p2 ,图 5 . 1 ( a )下方齿轮在两侧压力差的作用下,产生逆时针方向旋转,为主动轮;上方齿轮因两侧压力相等,不产生旋转力矩,是从动轮,由下方齿轮带动,顺时针方向旋转。在图 5 . 1 ( b )位置时,两个齿轮均在差压作用下产生旋转力矩,继续旋转。旋转到图 5 .1 ( c )位置时,上方齿轮变为主动轮,下方齿轮则成为从动轮,继续旋转到与图 5 . 1 ( a )相同位置,完成一个循环。一次循环动作排出四个由齿轮与壳壁间围成的新月形空腔的流体体积,该体积称作流量计的“循环体积”。

    设流量计“循环体积”为 v ,一定时间内齿轮转动次数为 N ,则在该时间内流过流量计的流体体积为 V ,则 V=Nv

    椭圆齿轮的转动通过磁性密封联轴器及传动减速机构传递给计数器直接指示出流经流量计的总量。若附加发信装置后,再配以电显示仪表可实现远传指示瞬时流量或累积总量。

    虽然有许多分割方法形成各种形式 PDF ,但大部分都有相似的基本特性。图 5 . 2 中 c 线是大部分 PDF (不包括转筒湿式气体流量计)具有的流量一误差特性曲线。 PDF 产生误差的主要原因是分割单个流体体积的活动测量件和静止测量室之间的隙缝泄漏量所形成。产生泄漏的原因之一是为克服活动件的摩阻力;之二是受仪表水力学阻力形成压力降的作用。管路未流动时仪表出、人口压力相等,当仪表下游阀门微启,仪表出口压力下降,但静止着的活动件阻碍流体流动,上游流体从隙缝向下游泄漏,泄漏量增加到一定程度时,隙缝流动所产生的压力降足够大,使活动件受到的力超过其摩阻力,活动件开始转动。克服活动件摩阻力所需的泄漏量可粗略地认为其值不变。随着流量增加泄漏量在总流量所占比例减逐渐与理想流量示值(即误差为零的直线)逼近。如以 DN40 椭圆齿轮流量计为例,测量粘度 3 一 4mpa.s ,液体的允许最大流量为 15m3 / h, 克服摩阻力的泄漏量约为 60L /h 。水力学阻力形成的泄漏量随着流量增加正比地增加,误差特性曲线如 b 直线所示。两类泄漏量误差合在一起便成为 PDF 典型的流量一误差特性曲线,如 c 所示。调整传动机构的传动比值,即平移 0 ‘一 o '线到 O 一 0 位置为零误差线,使仪表测量误差在规定范围内。

    如仪表摩阻力泄漏量增加,曲线 a 向右偏移成 a / , 如隙缝增加,则水力学阻力形成的泄漏量增加,直线 b 更趋倾斜,如 b / 所示。合成的总体特性亦相应变化,误差增大。这就是仪表使用日久,测量元件摩阻力增加,磨损或腐蚀使隙缝增大,使仪表性能变坏的原因。

     流体(通常为液体)粘度变化亦会改变特性曲线,如粘度降低曲线 a 亦将右移到 a ' 位置,斜线 b 更向下倾斜如 bl 所示;粘度增高则曲线 a 左移,斜线 b 则向上趋于平缓。这也就是液体粘度影响仪表测量性能的原因之一。后文图 5 . 15 将演示腰轮流量计液体粘度 0 . 8 -120 mPa · s 的流量一误差特性曲线实测例。

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