容积式流量计

　　容积式流量计是一种直接测量型流量计，它利用机械测量元件，把流体连续不断地分隔为单个的固定容积部分排出，而后通过计数单位时间或某一时间间隔内经仪表排出的流体固定容积的数目来实现流量的计量与计算，它可用于各种液体和气体的体积流量测量。

　　容积式流量计的优点是：测量精度高，量程比宽，对上游流动状态不敏感，无前后直管段长度要求，特别适合高粘度介质的测量，因此广泛应用于工业生产过程的流量测量并作为流量计量的标准仪表。其缺点是对被测流体中的污物较敏感，当被测管道口径较大时，流量计比较笨重。

　　容积式流量计的种类很多，按其测量元件形式和测量方式可分为椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计、活塞式流量计、湿式流量计和皮囊式流量计等。工业生产中使用比较普遍的有椭圆齿轮、腰轮和刮板流量计。

　　1．椭圆齿轮流量计

　　椭圆齿轮流量计的测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和壳体组成，这对椭圆齿轮在流量计进出口两端流体差压作用下，交替地相互驱动并各自绕轴作非匀角速度的旋转。两椭圆齿轮在运动过程中与壳体构成具有固定容积的测量室，椭圆齿轮与测量室内壁的间隙很小，以减少流体的滑流量并保证测量的精度。通过椭圆齿轮的转动，连续不断地将充满在齿轮与壳体之间的固定容积内的流体一份份排出，并通过机械的或其他的方式测出齿轮的转数，从而可得到被测流体的体积流量。

图1　椭圆齿轮流量计工作原理

　　椭圆齿轮流量计工作原理如图8-21所示。由于流体在流量计入、出口处的压力p₁ p₂，当A、B两轮处于图1（a）所示位置时，A轮与壳体间构成容积固定的半月形测量室（图中阴影部分），此时进出口差压作用于B轮上的合力矩为零，而在A轮上的合力矩不为零，产生一个旋转力矩，使得A轮作顺时针方向转动，并带动B轮逆时针旋转，测量室内的流体排向出口；当两轮旋转处于图1（b）位置时，两轮均为主动轮；当两轮旋转900，处于图1（C）位置时，转子B与壳体之间构成测量室，此时，流体作用于A轮的合力矩为零，而作用于B 轮的合力矩不为零，B轮带动A轮转动，将测量室内的流体排向出口。当两轮旋再转900时，A、B两轮重新回到位置（a）。如此周期地主从更换，两椭圆齿轮作连续的旋转。当椭圆齿轮每旋转一周时，流量计将排出4个半月形（测量室）体积的流体。设测量室的容积为V，则椭圆齿轮每旋转一周排出的流体体积为4V。只要测量椭圆齿轮的转数N和转速n，就可知道累积流量和单位时间内的流量，即瞬时流量：

　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

　　椭圆齿轮流量计适用于高粘度液体的测量。流量计基本误差为±0．2％～±0．5％，量程比为l0：1。椭圆齿轮流量计的测量元件是齿轮啮合传动，被测介质中的污物会造成齿轮卡涩和磨损，影响正常测量，故流量计的上游均需加装过滤器，这样会造成较大的压力损失。

　　2．腰轮流量计

　　腰轮流量计又称罗茨流量计，其工作原理与椭圆齿轮流量计相同，结构也很相似，只是转子的形状略有不同，如图2所示。腰轮流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，在转动过程中两腰轮不直接接触而保持微小的间隙，依靠套在壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成驱动。这一点与椭圆齿轮流量计相比具有明显的优点。椭圆齿轮啮合接触磨损大，受被测流体清洁度影响较大，容易损坏和降低准确度，而腰轮由于靠附加驱动齿轮发生联动，工作时各测量元件间都不接触，因此运行中磨损很小，可达较高的测量准确度，能保持流量计的长期稳定件。

图2　腰轮流量计

　　腰轮流量计的结构按照工作状态可分为立式和卧式两种：其中腰轮的结构有一对腰轮和由两对互呈450夹角的腰轮构成的组合式腰轮两种。组合式腰轮流量计运转平稳，可使管道内压力波动大大减小，通常大口径流量计采用立式或卧式组合腰轮以减小或消除在流量测量过程中引起的管道振动。

　　腰轮流量计的转子线型比较合理，允许测量含有微小颗粒的流体，可用于气体和液体的测量，它是近年来迅速发展、广泛应用的一种容积式流量计，该型流量计除用于工业测量外，还作为标准流量计对其他类型的流量计进行标定，精度可达±0．1％。

　　3．刮板式流量计

　　刮板流量计是一种高精度的容积式流量计，适用于含有机械杂质的流体。较常见的凸轮式刮板流量计如图3所示。这种流量计主要由可旋转的转子、刮板、固定的凸轮及壳体组成。壳体的内腔为圆形，转子是一个可以转动、有一定宽度的空心薄壁圆筒，筒壁上开了四个互成900的槽，刮板可在槽内径向自由滑动。四块刮板由两根连杆连接，相互垂直，在空间交叉。每一刮板的一端装有一小滚轮，沿一具有特定曲线形状的固定凸轮的边缘滚动，使刮板时伸时缩，且因为有连杆相连，若某一端刮板从转子筒边槽口伸出，则另一端的刮板就缩进筒内。转子在流量计进、出口差压作用下转动，每当相邻两刮板进入计量区时均伸出至壳体内壁且只随转子旋转而不滑动，形成具有固定容积的测量室，当离开计量区时，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测量室。转子旋转一周，排出4份固定体积的流体，由转子的转数就可以求得被测流体的流量。

图3　凸轮式刮板流量计

　　刮板式流量计中，还有凹线式和弹性刮板等形式，它们的工作原理与凸轮式相似，但结构不同。

　　刮板式流量计由于结构的特点，能适用于不同粘度和带有细小颗粒杂质的液体，性能稳定，其计量精度可达0．2％，压损小于椭圆齿轮和腰轮流量计，振动及噪音小，适合于中、大流量测量。但刮板流量计结构复杂，制造技术要求高，价格较高。

　　4．伺服式容积流量计

　　常用容积式流量计的转子（椭圆齿轮、腰轮或刮板等）与壳体之间、转子与转子之间，都有一定的间隙，由于流量计入出口之间存在压差，就会产生流体泄漏，从而导致测量误差，特别在测量小流量、低粘度流体时，测量误差较大。为解决此问题，发展了伺服式容积流量计。采用伺服机构的容积流量计，通过使流量计入出口差压保持接近于零的状态，消除泄漏，提高对小流量、低粘度流体的测量精度。伺服式容积式流量计是目前解决微小流量测量的较好仪表之一。

图4　伺服式腰轮流量计工作原理图

1-传动齿轮；2-伺服电机；3-反馈测速发电机；4-微差压变送器；5-差动变压器；
6-伺服放大器；7-Dc测速发电机；8-显示记录器

　　图4为伺服式腰轮流量计工作原理图。如图所示，在流量计工作时，腰轮由伺服电机通过传动齿轮带动，伺服电机转动的快慢，随流体入出口压力差的大小而改变。导压管将入出口压力引至差压变送器以测量入出口压差的变化，当入出口压差大于零时，差压变送器输出信号经放大后驱动伺服电机带动腰轮加快旋转，使流量计排出较大流量的流体，从而使压差趋近于零。这种近于无压差的流量计，使泄漏量减小到最低限度，因而可以实现小流量的高精度测量，而且测量误差几乎不受流体压力、粘度和密度的影响。

　　其他型式的伺服式容积流量计的结构和工作原理与伺服式腰轮流量计类似，而伺服式容积流量计的瞬时流量及累积流量的计数方法与一般容积流量计相同。

　　5．容积式流量计的安装与使用

　　容积式流量计的安装地点应满足技术性能规定的条件，管线应安装牢固。多数容积式流量计可以水平安装，也可以垂直安装，安装时要注意被测流体的流动方向应与流量计外壳上的流向标志一致。容积式流量计只能测量单相洁净流体，安装前必须先清洗上游管线，在流量计上游要安装过滤器，以免杂质进入流量计内，卡死或损坏测量元件；当测量含气液体或易气化的液体时，还应考虑加装消气器；调节流量的阀门应位于流量计下游，为维护方便需设置旁通管路；流量计前后无设置直管段要求。

　　流量计在使用过程中被测流体应充满管道，并工作在规定的流量范围内；当粘度、温度等参数超过规定范围时应对流量值进行修正；流量计需定期清洗和检定。