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。

    目前我们实际生产使用的油量计算基本公式：

    

    式中：mn——原油在空气中的净质量，t

    Vi——流量计累积体积值，m3。其值为流量计表头结束读数值减去开始读数值

    ρ20——原油标准密度，g/cm3。根据测得的视密度ρt′，查GB1885表1《石油视密度换算法》（MF×Cpi×Cti×Fa×Cw）——联合修正系数

    MF——流量计系数

    Cpi——原油体积压力修正系数

    Cti——原油体积温度修正系数，以计量温度t°C和原油标准密度值ρ20，查GB1885表2《石油体积系数表》的K值

    Fa——真空中质量换算到空气中质量的换算系数（简称空气浮力修正系数）

    Cw——原油含水系数，Cw=1-W，W为原油含水质量百分率     

    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　容积式流量计的选择

    根据被测介质和测量范围的不同，选择合适的流量计。对于高粘度的油类，可考虑采用刮板式容积流量计，对于低粘度的油类以及水的测量，可考虑采用椭圆齿轮式、腰轮式等容积式流量计，对于准确度要求不高的场合，也可采用旋转活塞式或刮板式容积流量计。对于气体流量的测量，一般可采用转筒式或旋转活塞式容积流量计，在煤气的测量中，较常用的是皮膜式容积式流量计，在一些准确度要求较高的测量中，齿轮型气体容积流量计也被采用。我们单位往哈尔滨炼油厂所输送的原油含水量低、粘度高，目前我们使用的是美国Smith刮板流量计，口径都是Dg250，精度都是0.2级。

    3　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（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

          （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

        （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

        （3）

    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

         （4）

    将流体体积与指示值之间的关系式（3）代入，可得：

        （5）

    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表示；通过流量计的流量为；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ΔV。这样ΔV可表示为：

         （6）

    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

        （7）

    将式（2）（6）代入式（7），可得：

         （8）

    式（8）可整理成：

        （9）

    将式（9）代入误差定义式（4），可得：

        （10）

    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=Δg，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Δg与qv相比显得非常小，即qv/Δg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。

    [参考文献]

    [1]　萧汉卿.容积式流量计[M].北京：中国计量出版社，1997.
    [2]　梁国伟，蔡武昌.流量测量技术及仪表[M].北京：机械工业出版社，2002.
    [3]　杨根生，等.流量测量仪表[M].北京：机械工业出版社，1986.
    [4]　应启戛，赵学端.流量检测及仪表[M].上海：上海交通大学出版社，1987.
    [5]　苏彦勋，盛健，梁国伟.流量计量与测试[M].北京：中国计量出版社，1993.

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