旋轉活塞式流量計的測量原理及結構組成的分析

旋轉活塞流量計是一種容積式流量儀表，它具有工作可靠、測量精度高、壓力損失小，當介質粘度大于50cp時，粘度的變化對精度無影響。它適用于不含固體顆粒介質的液體瞬時流量和累積流量的測量。儀表使用一段時間后，幾經(jīng)檢修，標定數(shù)據(jù)證實，許多流量計已出現(xiàn)超差現(xiàn)象。下面我們通過對其測量原理及結構組成的分析，來剖析產(chǎn)生誤差的根源和修正方法。

測量原理分析

旋轉活塞流量計是基于將測量室（V1+V2）連續(xù)充滿和排空原理進行測量的（見圖1）。測量機構是由帶蓋的測量室、旋轉活塞及隔板組成。開槽活塞有上、下兩個活塞銷，隔板徑向安裝在進出口之間，測量室銷與導環(huán)同心。測量時，開槽活塞的槽口沿隔板作直線運動，活塞銷沿導環(huán)作圓周運動。由于測量室容積是固定的，則流經(jīng)測量室介質的瞬時流量大小只與旋轉活塞轉動的速度有關，累積量與旋轉活塞轉動的圈數(shù)有關。

瞬時流量（Q）=（V1+ V2）旋轉速度（V）
累積流量（Q）=（V1+ V2）旋轉圈數(shù)（n）

從測量原理我們可以看出，測量是否準確，是否滿足或達到該精度要求，主要取決于測量室的容積是否發(fā)生變化。只要容積恒定不變，測量誤差就不易產(chǎn)生。即產(chǎn)生測量誤差的根源是測量室容積發(fā)生變化。

測量誤差的產(chǎn)生與修正

1 、測量室客積變化產(chǎn)生的誤差與修正

旋轉活塞流量計在使用過程中，由于工藝管道內壓力的變化，使得旋轉活塞瞬時轉速過大，導致活塞槽口對隔板的沖擊，使隔板彎曲。對這一類表進行檢修時發(fā)現(xiàn)，凡是隔板彎曲甚至斷裂引起的故障，由于旋轉活塞旋轉時不能按照原來的運動軌跡轉動，造成測量室的內壁和底面、活塞上下端面以及內外壁產(chǎn)生嚴重磨損，甚至出現(xiàn)劃痕和凹槽。在這種情況下，就需要在更換隔板后對測量室及活塞進行研磨，使旋轉活塞能在測量室內旋轉自如，重新起到測量作用。但是經(jīng)過多次檢修研磨后，測量室的容積將發(fā)生變化（見圖2）。

研磨前：V =（V1 + V2）=[（D2 - d2）+（D12 - d12）]

H— 測量室深度（高度）；

V— 總容積；
V1— 外容積；

V2— 內容積。

研磨后，將會造成以下尺寸發(fā)生變化。

D 、D1（增大），d、d1（減?。敲?/p>

V' =（V1+ V2）=[（D2- d2）+（D12- d12] + △V = V + △V

V'— 研磨后總容積；
△V— 研磨前、后容積變化量。

若V、V'對應的體積流量分別為Q、Q'，刪該表的引用誤差為：

隨著檢修、研磨次數(shù)的增多，δ值將越來越太，超過該表的精度等級范圍，使其測量精度不能滿足工藝生產(chǎn)的需要。為了使它重新獲得較高的測量精度，恢復其測量的準確性，出現(xiàn)這種測量誤差，我們可以通過以下兩種途徑進行修正，使其達到精度要求。

（1） 利用檢修后的標定數(shù)據(jù)，通過更換配對齒輪的方法進行修正。

大家都知道，許多流量測量儀表發(fā)訊機構都是采用齒輪機構傳送的，齒輪的變速比決定了指示機構與測量機構的比例對應關系。我們就是利用改變這種比例關系來達到修正的目的。

例如：一臺旋轉活塞流量計，精度為0.5級，經(jīng)多次檢修、研磨后，重新標定，標定出的指示誤差值為-1.27%?，F(xiàn)用更換配對齒輪的方法進行修正，步驟如下：

a.拆開發(fā)訊機構的變速齒輪部分，卸下變速齒輪，并讀出齒輪上的標記。若測量機構齒輪標記為“1-74”，指示機構齒輪標記為“1-125”。

b.對照表查出原配對齒輪已補償?shù)闹甘菊`差為0.29%，然后計算出流量計的實際誤差。

實際誤差=已補償指示誤差+標定誤差
= 0.29% +（-1.27%）=-0.98%

c.對照表2查出補償值為-0.98%的配對齒輪，測量機構齒輪標記為“1-60”，指示機構齒輪標記為“1-110”，找出印有該標記的配對齒輪裝上，并重新標定，即可達到精度要求。

（2） 利用乘以系數(shù)k的方法進行修正。

目前，許多廠都使用了集散系統(tǒng)，KMM數(shù)字調節(jié)器等儀表系統(tǒng)，這類儀表系統(tǒng)都具有對可變參數(shù)的系數(shù)進行調整、修改的功能。我們就是利用這種系數(shù)調整的方法，來實現(xiàn)對誤差的修正。

例如，一臺旋轉活塞流量計，精度為0.5級，量程為0.6~6m3/h，經(jīng)過多次檢修、研磨后，重新標定其指示相對誤差為-1.05%。根據(jù)所給數(shù)據(jù)，得到表3和圖3。

表3

根據(jù)表3和圖3，我們可以看出：

檢修標定前：

比率系數(shù)(k)=tɡα=標定值/指示值=1

檢修后標定：

比率系數(shù)(k')=tgα‘=

根據(jù)計算出的比率系數(shù)，在集散系統(tǒng)的該控制回路中，或在KMM調節(jié)器可變參數(shù)中通過組態(tài)，修正現(xiàn)場來的測量信號，得到實際的指示值和累積值。

實際指示值=測量示值（PV值）×比率系數(shù)（k'），即：

Q' = Q·K'

2 、介質溫度變化引起介質密度變化而產(chǎn)生的誤差與修正

眾所周知，許多體積流量儀表都存在溫度對測量流量精度的影響，它可以通過補償、選型等方法來最大限度地克服這種影響。然而許多生產(chǎn)裝置，特別是化工裝置，對流量的要求比較高，化學反應是考慮質量流量，而不是體積流量。質量流量（M）與體積流量（Q）的關系是：M=ρ·Q（ρ是介質密度），在體積流量不變的情況下，如果流體介質密度發(fā)生變化，則質量流量將隨之而變。

對于液體介質，壓力對密度影響甚微，可以忽略不計。但是溫度對密度的影響就不能忽視。為了解決測量體積流量的旋轉活塞流量計達到測量質量流量的目的，我們做了一些嘗試。下面我們以化工原料中乙二醇為例，根據(jù)乙二醇介質的溫度與密度關系，討論乙二酵的溫度對體積流量測量的影響。

例如，一臺旋轉活塞流量計，精度為0.5級，測量范圍為0.6~6m3/h，工藝要求設定控制流量為2.5m3/h，介質溫度為180℃。若溫度變?yōu)?65℃時，則在質量流量不變的情況下，體積流量將發(fā)生變化，并出現(xiàn)流量示值偏離給定值，出現(xiàn)示值超差現(xiàn)象。

180℃時的體積流量為2.5m3/h，乙二醇密度為986kg/m3，則此時控制的質量流量為：

M = ρ·Q = 986×2.5 = 2465kg/h

165℃時，如果要保持控制的質量流量為2465kg/h。此時乙二醇密度為1000kg/h，則相應的體積流量為：

那么，由于溫度的變化，在質量流量不變的情況下，體積流量產(chǎn)生的誤差是顯而易見的。

示值相對誤差=

由于這種誤差是由旋轉活塞流量計外部因素（溫度）引起的，而且對工藝影響也比較大，化學反應只與物質的質量（或者說摩爾數(shù)）有關，而與物質的體積無關。因此，要保證介質的質量流量不變，在溫度發(fā)生較大變化時，就必須考慮對體積流量的誤差修正，而這種修正是不能通過旋轉活塞流量計本身來修正的，也不能通過更換配比齒輪或乘以系數(shù)k的方法來修正，而只有通過改變體積流量的設定值來修正。以上例來說，如果將流量設定從2.5m3/h改為2.465m3/h，就可達到修正目的，滿足工藝對測量的要求。

綜上所述，我們對旋轉活塞流量計的測量誤差及修正方法進行了簡要論述，對如何克服因容積、溫度變化而帶來的誤差作了一些分析。其方法簡便易行，有利于解決該表超差降級問題。

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