圓柱齒輪流量計屬于容積式流量計的一種, 適用于中高黏度液體介質(zhì), 其準確度通常能達到或優(yōu)于0.5級, 量程比***大時有1000∶1, ***小時也有250∶1, 可廣泛應(yīng)用于化工、石油、醫(yī)藥、電力等領(lǐng)域[1]。

  圓柱齒輪流量計的使用理論上無方向性要求, 即流體無論從哪個方向流入, 都對流量計的儀表準確度不構(gòu)成影響, 但實際上經(jīng)過一段時間后, 流量計在正反方向使用下可能會出現(xiàn)明顯的變化, 主要表現(xiàn)在平均儀表系數(shù)的變化和正反方向儀表準確度的不一致。那么在正反方向準確度一致的情況下我們采用哪個系數(shù)呢?在正反方向準確度不一致時, 我們又要采用哪個系數(shù)呢?下面我們將對此進行初步研究。

  圓柱齒輪流量計內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。圓柱齒輪流量計是以嚙合齒輪為原理的流量計量儀器[2], 兩個配合的齒輪安裝在一個極精密的密閉容腔內(nèi), 流經(jīng)流量計內(nèi)的流體被分隔成為單個已知的體積部分, 而后通過計數(shù)單位時間或某一時間間隔內(nèi), 經(jīng)儀表排出的流體或固體容積的數(shù)目, 用來實現(xiàn)測量的;由非接觸式傳感器檢測齒輪的轉(zhuǎn)動而形成信號輸出, 每個齒輪產(chǎn)生一個脈沖信號, 齒與腔壁間形成一個個隔離的小計量單位。

1) 大氣壓:101750Pa。

2) 介質(zhì):10#航空液壓油。

3) 檢定裝置:航空液壓油流量標準裝置, 不確定度為0.05% (k=2) 。

4) 被檢表型號與編號:德國VS公司VS04EPO12V, 編號分別為020和285。

5) 正方向:使用過程約定某一方向為正方向, 其平均儀表系數(shù)記作K1;反方向:約定與正方向相反的方向為反方向, 其平均儀表系數(shù)記作K2。

1) 采用相對誤差的方法來判定。計算公式如下:

式中:δ1為正方向相對誤差;δ2為反方向相對誤差[3]。

判定規(guī)則1:若流量計正反方向儀表準確度一樣, 則認為使用過程中無方向性要求。

判定規(guī)則2:如果流量計正方向相對誤差δ1和反方向相對誤差δ2同時滿足正方向儀表準確度所要求的***大允許誤差范圍, 或同時滿足反方向儀表準確度所要求的***大允許誤差范圍, 則當正反方向儀表準確度一致時, 平均儀表系數(shù)可任取任一個。

判定規(guī)則3:如果流量計在正方向使用下的儀表準確度優(yōu)于反方向使用下的儀表準確度, 在不明確方向情況使用時, 則取反方向儀表準確度為該流量計的等級, 此時只需考慮δ1、δ2是否滿足反方向儀表準確度所要求的***大允許誤差范圍, 若滿足平均儀表系數(shù)可任取一個;反之則取正方向儀表準確度為該流量計的等級, 此時只需考慮δ1、δ2是否滿足正方向儀表準確度所要求的***大允許誤差范圍, 若滿足平均儀表系數(shù)可任取一個。

2) 平均儀表系數(shù)K和儀表線性EL的計算公式[4]:

式中:i=1, 2, ……, 5;K為平均儀表系數(shù);EL為儀表線性;下文中EL1為流量計正方向儀表線性, EL2為流量計反方向儀表線性。

1) 實驗數(shù)據(jù)

2) 計算分析

表1和表2按3.1中公式得出下列計算數(shù)據(jù):

從上式中得出, 編號020流量計正方向使用下的平均儀表系數(shù)為2538.8L-1, 儀表線性為0.17%, 按照JJG 667—1997《液體容積式流量計檢定規(guī)程》儀表準確度為0.5級;流量計反方向平均儀表系數(shù)為2540.3L-1, 儀表線性為0.23%, 儀表準確度為0.5級[4]。

上述規(guī)程規(guī)定:“0.5級儀表***大允許誤差為±0.5%。”根據(jù)3.1中的判定規(guī)則1和2, 得出編號流量計020正方向相對誤差δ1=0.059%和反方向相對誤差δ2=-0.055%都滿足0.5級表允許的***大允許誤差范圍 (-0.5%≤δi≤0.5%, i=1, 2) , 又正反方向儀表準確度一致, 所以流量計在使用過程中無方向性要求, 即選取任一方向使用儀表準確度都是0.5級, 而且平均儀表系數(shù)K值可從2538.8L-1或2540.2L-1中任意選取一個。

1) 實驗數(shù)據(jù)

2) 計算分析

表3和表4按3.1中公式得出下列計算數(shù)據(jù): 

  從上式中得出, 編號285流量計正方向平均儀表系數(shù)為2522.0L-1, 儀表線性為0.55%, 儀表準確度為1.0級;流量計反方向平均儀表系數(shù)為2525.3L-1, 儀表線性為0.29%, 儀表準確度為0.5級。

  根據(jù)3.1中的判定規(guī)則 (3) 得出, 在不明確使用方向時流量計為1.0級表。由于其正反方向儀表準確度不一致, 所以只需觀察δ1和δ2是否滿足1.0級表的***大允許誤差即可。觀察可知正方向相對誤差δ1=0.13%和反方向相對誤差δ2=-0.13%都滿足1.0級表允許的***大允許誤差范圍 (-1.0%≤δi≤1.0%, i=1, 2) , 所以取儀表系數(shù)K=2522.01/L或K=2525.3L-1都可以。在明確方向使用下, 若正方向使用則流量計的儀表準確度為1.0級, 平均儀表系數(shù)K=2522.0L-1, 若反方向使用則流量計的儀表準確度為0.5級, 平均儀表系數(shù)K=2525.3L-1。

  我們統(tǒng)計近年來所標定過的圓柱齒輪流量計, 有40臺正反方向使用無影響的, 也有14臺流量計有影響。

  造成上述情況的原因主要有:1) 由于容積式流量計結(jié)構(gòu)形式和機加工技術(shù)的限制, 測量元件與殼體內(nèi)腔構(gòu)成的計量室不可能做到嚴格密封, 否則將會出現(xiàn)測量元件卡死, 使流量計無法工作的現(xiàn)象, 故計量室與測量元件存在間隙是必然的。有間隙存在, 就會導(dǎo)致流體從間隙漏過而未經(jīng)計量的滑流量存在, 滑流量是容積式流量計產(chǎn)生固有誤差***主要因素。滑流量除與測量元件和計量室的間隙有關(guān)外, 還與流體的密度、黏度等參數(shù)有關(guān)[5]。2) 使用條件和環(huán)境。3) 存放、老化、磨損和腐蝕等。4) 使用過程中流體介質(zhì)不干凈、有雜質(zhì)造成齒輪運轉(zhuǎn)不流暢。這些都會造成流量計性能的變化, 所以使用人員要定期檢查, 維護和重新標定。

  通過本文的實驗數(shù)據(jù), 我們得知圓柱齒輪流量計在使用過程中, 雖然自身在出廠時沒有方向性要求, 但是我們在使用過程中長期地磨耗以及其他環(huán)境的影響, 會造成流量計正反方向儀表線性和平均儀表系數(shù)不一致, 建議約定方向使用或正反方向同時檢定。