第七讲 容积式流量计培训讲学

*第七讲容积式流量计概述容积式流量计，又称定排量流量计，简称PD流量计，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，根据测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。容积式流量计内部具有构成一个体积的空间，通常称其为容积式流量计的“计量空间”或“计量室”。这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成。概述容积式流量计的工作原理为：流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。流量计的转动部件(简称转子)在这个压力差作用下产生旋转，并将流体由入口排向出口，在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口。在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数。就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。概述概述概述优点计量精度高安装管道条件对计量精度没有影响可用于高粘度液体的测量范围度宽直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量清晰明了,操作简便缺点结构复杂，体积庞大被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大不适用于高、低温场合大部分仪表只适用于洁净单相流体产生噪声及振动应用容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计，常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。工业发达国家近年PD流量计(不包括家用煤气表和家用水表)的销售金额占流量仪表的13%~23%；我国约占20%，1990年产量(不包括家用煤气表)估计为34万台，其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。分类介绍齿轮型容积式流量计壳体内装有两个转子，直接或间接地相互啮合，在流量计进口与出口间的压差作用下产生转动。通过齿轮的旋转，不断地将充满在齿轮与壳体之间的“计量空间”中的流体排出。通过测量齿轮转动次数，可得到通过流量计的流体量。分类介绍齿轮型容积式流量计P1表示流量计进口流体压力；P2表示出口流体压力，显然压力P1大于P2。在图a中，下面转子虽然受到流体的压差作用，但不产生旋转力矩，而上面齿轮在差压作用下产生旋转力矩而转动。由于两个齿轮互相啮合，故各自以1，2为轴心按箭头方向旋转，同时齿轮1将半月形计量空间的流体排向出口。分类介绍在图b中，两个齿轮均在流体差压作用下产生旋转力矩，并在该力矩作用下沿箭头方向旋转，转变到图c所示的位置。这时齿轮位置与图a相反，下齿轮为主动轮，上齿轮为从动轮。下齿轮在进出口流体差压作用下旋转，又一次将它与壳体之间的半月型“计量空间”中的流体排出。如此连续不断运动，椭圆齿轮每转一周，就排出四份“计量空间”流体体积。因此，只要读出齿轮的转数，就可以计算出排出的量。分类介绍另一种齿轮型容积式流量计是腰轮容积流量计，也称罗茨型容积流量计。这种流量计的工作原理和工作过程与椭圆齿轮型基本相同，同样是依靠进，出口流体压力差产生运动，每旋转一周排出四份“计量空间”的流体体积量。所不同的是在腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合转动，而是通过壳体外的传动齿轮组进行传动。可用于各种气液流量的测量，尤其是用于油流量的准确测量。在高压力、大流量的气体流量测量中，这类流量计也有应用。由于椭圆齿轮容积流量计直接依靠测量轮啮合，因此对介质的清洁要求较高，不允许有固体颗粒杂质通过流量计。分类介绍刮板式容积流量计在这种流量计的转子上装有两对可以径向内外滑动的刮板，转子在流量计进、出口差压作用下转动，每转动一周排出四份“计量空间”的流体体积。与前一类流量计相同，只要测出转动次数，就可以计算出排出流体的体积量。分类介绍壳体的内腔是一圆形空筒，转子也是一个空心圆筒形物体，径向有一定宽度，径向在各为90°的位置开四个槽，刮板可以槽内自由滑动。四块刮板由两根连杆连结，相互垂直，在空间交叉。在每一刮板的一端装有一小滚珠，四个滚珠均在一固定的凸轮上滚动使刮板时伸时缩。当相邻两刮板均伸出至壳体内壁时，形成计量空间的标准体积。刮板在计量区段运动时，只随转子旋转而不滑动，以保证其标准容积恒定。当离开计量区段时，刮板缩入槽内，流体从出口排出。同时，后一刮板又与其另一相邻刮板形成第二个“计量空间”，同样动作。转子运动一周，排出四份“计量空间”体积的流体。分类介绍旋转活塞式容积流量计分类介绍旋转活塞位于固定的内外圈3，4之间，活塞的轴6靠着导辊5滚动，中间隔板1将计量空间分成两部分，活塞2的上缺口和隔板1咬合，当活塞依箭头方向运动时与隔板1成直线运动。活塞在进出口流体压力差的作用下，始终与内外圆桶壁紧密接触旋转，交替不断地将活塞与内外圆筒之间的流体排出，通过计算活塞旋转次数可得到流过的流体量。分类介绍双转子旋转活塞流量计（SXL）分类介绍膜式燃气表燃气计量表最先叫煤气表，湿式燃气计量表发明于1815年，它是由英国工程师塞缪尔·克莱格和塞缪尔·科思莱兄弟共同协作研制出来的。1833年，詹姆斯·博格达斯发明了干式燃气计量表，现在的膜式燃气表就是在此基础上不断完善和发展起来的，至今已经经过了170多年的发展历程。分类介绍膜式燃气表早期的膜式燃气表的工作原理为限位式，即燃气表计量室在往复运动一个循环的过程中，在极限位置时要触碰到限制点后才改变运动方向，以保证燃气表排出的气体的体积为一个固定的回转体积值。计量精度依赖于零件制造和装配微调，计量精度不高，分散性较大，误差特性曲线如下图所示：分类介绍随着膜式燃气表技术的不断发展和进步，目前较先进的膜式燃气表都基本采用非限位式结构设计，这种结构使得计量室在往复运动一个循环的过程中自由切换，降低了压力损失和运行噪音。部分先进的燃气表还融入了误差调节系统装置，减小了不同流量下误差特性曲线的分散性，使膜式燃气表的误差特性曲线更加平滑，扩大了仪表的量程比A旋转式K系统B往复式K系统C调整连杆长度分类介绍由于气体的体积受温度影响非常大，温度转换装置技术正逐渐应用在膜式燃气表的设计中。目前膜式燃气表使用的温度转换装置基本上以机械式为主，它的基本原理是通过特殊金属的热胀冷缩特性来自动调节误差调节系统的指针，以调整燃气表的回转体积，修正气体随温度升降的体积变化量，从而达到体积修正的目的，其结构和原理如下图所示。加入机械式温度修正装置的膜式燃气表分类介绍随着电子技术、信息技术的发展，膜式燃气表也由最先的纯机械式计量仪表逐渐进行扩展，加装了带辅助功能的电子装置，实现了智能化控制，如预付费装置、远传直读控制装置等等，其应用也越来越普及。预付费（IC卡）膜式燃气表远传直读膜式燃气表的绝对位置编码器分类介绍分类介绍分类介绍气水电水电气系统通讯网络分类介绍表2各类交接点所用流量计（主要按ISO/CD15112建议）序号流量计类型交接点类型名称说明1234561差压式孔板流量计√√√√2临界流文丘里喷嘴流量计习称音速喷嘴流量计√√3容积式膜式流量计即家用燃（煤）气表√√√4腰轮流量计√√√√√√5涡轮流量计√√√√√6超声流量计√√√√√7旋涡流量计包括涡街式、旋进式√√√√8科里奥利质量流量计√分类介绍在欧盟的计量器具指令（MID）中，明确要求膜式燃气表的替代产品必需达到150倍的量程比，这指引着当前替代产品的设计目标，目前这一目标正在被攻克。全国天然气标准化技术委员会于2003年成立了天然气能量测定标准技术工作组，跟踪国际标准ISO15112的制定进程，并开展了大量与天然气能量测定有关的技术研究和标准化工作。从2003年以来共有来自中石油、中石化和中海油3大石油公司，以及燃气系统和科研院校等20多个单位，数十位专家参加了天然气能量测定标准起草和审查工作。分类介绍2008年12月31日，GB/T22723-2008《天然气能量的测定》国家标准正式发布，并于2009年8月1日起实施。它标志着在我国天然气能量计量正式有法可依，其必将引领燃气计量行业的产品发生深刻的变革，膜式燃气表最终也会被能量计量产品所取代。误差分析本章重点难点容积式流量计在保证机加工准确度和装配符合有关技术要求的前提下，其固有误差的产生原因主要有两个因素：测量元件（活塞）和壳体内腔形成的计量室存在缝隙，导致流体从缝隙处漏过未加计量（滑流量）而产生的测量误差测量元件转速-流量信号传递输出失真，引起的测量误差误差分析有间歇的存在，就会导致流体从间隙漏过而未经计量的滑流量存在，滑流量是容积式流量计产生固有误差的最主要因素，滑流量除与测量元件和计量室的间隙有关外，还与流体的密度、粘度等有关。误差分析在转速-流量信号的传递过程中，不可避免的存在信号失真，从而引起流量测量误差，但这部分的误差分量相比之下很小。容积式流量计的使用误差与其他仪表基本相同，严格按照流量计的使用要求使用，可使使用误差控制在最小程度。根据经验来说，就旋转活塞式流量计该E0的值大多在3%左右。误差分析密度修正粘度修正温度修正压力修正误差分析湿式气体流量计的标定由圆鼓形壳体、转鼓及传动记数机构所组成。转鼓是由圆筒及四个弯曲形状的叶片所构成。四个叶片构成四个体积相等的小室。转鼓的下半部浸没在水中。气体从背部中间的进气管9处依次进入一室，并相继由顶部排出时，迫使转鼓转动。由转动的次数，通过记数机构，在表盘上计数器和指针显示体积。图1湿式流量计结构简图1—温度计；2—压差计；3—水平仪；4—排气管；5—转鼓；6—壳体；7—水位仪；8—可调支脚；9—进气管误差分析湿式气体流量计一般用标准容量瓶进行校准。标准容量瓶的体积为VV。湿式气体流量计体积示值为VW，则两者差值△V为：△V=Vv—Vw当流量计指针旋转一周时，刻度盘上总体积为5升，一般配置1升容量瓶进行5次校准，流量计总体积示值为∑Vw，则平均校正系数为：误差分析因此，经校准后，湿式气体流量计的实际体积流量为VS与流量计示值VS’之间的关系为：湿式流量计校正的实验装置1—湿式流量计；2—平衡瓶；3—标准容量瓶；4—三通阀流量计校正和标定流程图1—湿式气体流量计；2—毛细管流量计；3—转子流量计；4—三通旋塞；5—缓冲罐；6—气源误差分析检查三通阀的通向，使容量瓶与大气相通，而与湿式流量计断开。调正湿式流量计的水平：转动支脚螺丝，直至水平仪内气泡居中为准。向流量计内注入蒸馏水，水位高低必须保持水位器中液面与针尖重合。平衡瓶内注入蒸馏水后，提高其位置，向容量瓶内注水，使水面与上刻度线重合。这时，便可开始校正试验。先转动三通旋塞，使容量瓶与湿式流量计接通，缓慢放下平衡瓶，使容量瓶内液面与下刻度线一齐，气体体积恰好为一升，然后记下流量计的体积示数、温度和压力。湿式流量计指针旋转一圈为5升，故需依次对每一升重复上述操作一次，共作5组数据，求得其平均校正系数。