容積式流量計(jì)的原理、類別及優(yōu)缺點(diǎn)介紹

液壓技術(shù)是以流動(dòng)液體為工作介質(zhì), 以壓力和流量為特性參量實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和分配的一種技術(shù)。壓力和流量特性直接地表征了液壓元件和液壓系統(tǒng)品質(zhì)的優(yōu)劣。因此, 在液壓領(lǐng)域中, 壓力和流量的測(cè)量就顯得尤為重要。

由于流量的測(cè)量往往會(huì)受到介質(zhì)本身的黏度和密度, 溫度以及來流的流速畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響, 所以相對(duì)壓力而言流量測(cè)量更為復(fù)雜, 這也是為什么流量測(cè)量?jī)x表的種類雖然達(dá)百種之多卻沒有一種對(duì)任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量?jī)x表。

隨著液壓技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深入, 對(duì)流體介質(zhì)流量的測(cè)量精確度的要求也越來越高。高精度的流量計(jì)的研究也越來越受到人們的重視。

眾所周知,液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)是石油基液壓油。而自1930年容積式流量計(jì)正式開始應(yīng)用于石油液體的計(jì)量,發(fā)展至今,它被公認(rèn)是石油液體計(jì)量中最準(zhǔn)確的一種流量計(jì)。

容積式流量計(jì)

容積式流量計(jì)是利用一個(gè)精密的標(biāo)準(zhǔn)容器對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的,因而影響測(cè)量準(zhǔn)確度的因素較少,不會(huì)受到流體黏度、密度、流動(dòng)狀態(tài)以及雷諾數(shù)的影響,測(cè)量的準(zhǔn)確度也較高。

尤其是近年來,隨著其在材料選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝等方面有了很大的改進(jìn),性能也在不斷提高。VSE公司的齒輪流量計(jì)的精度達(dá)到了 ±0.3% ；KRAL公司的螺桿流量計(jì)的精度可以達(dá)到 ±0.1%；Dresser Wayne公司的刮板式流量計(jì)的精度甚至可以達(dá)到 ±0.05%，而且其重復(fù)性也很好。

容積式流量計(jì)的原理

1、容積式流量計(jì)結(jié)構(gòu)和分類

容積式流量計(jì)又稱為定排量流量計(jì) ( positive displacement flowmeter ) 。它主要由計(jì)量本體和測(cè)量部分組成,。計(jì)量本體由殼體、活動(dòng)體(轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子)組成。其中核心部件就是活動(dòng)體,它是測(cè)量過程中的運(yùn)動(dòng)部件。活動(dòng)體和殼體構(gòu)成的每個(gè)測(cè)量腔就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容積單元,用來衡量被測(cè)流體的體積。測(cè)量部分實(shí)際上是一個(gè)轉(zhuǎn)速或計(jì)數(shù)傳感器,螺桿流量計(jì)上的其中一只螺桿伸出的小齒輪上嵌有磁材料,螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳感器可以通過磁效應(yīng)識(shí)別螺桿的轉(zhuǎn)速,并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)或電流信號(hào)。這樣流量就可以直接用二次儀表顯示或被計(jì)算機(jī)采集并分析了。

容積式流量計(jì)種類繁多,可以根據(jù)不同的原則來分類。通常按照測(cè)量元件的結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)子式、刮板式、旋轉(zhuǎn)活塞式、往復(fù)活塞式和膜片式等，其中轉(zhuǎn)子式最為常用,轉(zhuǎn)子式的流量計(jì)的銷售額約占到容積式流量計(jì)總銷售額的90 %。常見的齒輪式、螺桿式、腰輪式、卵輪式流量計(jì)都屬于轉(zhuǎn)子式。

2、容積式流量計(jì)的原理

容積式流量計(jì)種類很多,都采用了定排量的測(cè)量方法,但細(xì)節(jié)上還是有較大的差別。液壓領(lǐng)域中常見的還是轉(zhuǎn)子式的流量計(jì),其工作原理都是利用機(jī)械測(cè)量元件把來流連續(xù)地分割為單個(gè)或幾個(gè)已知體積的部分,根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)計(jì)量腔體充液的次數(shù)來計(jì)量通過流體的體積。轉(zhuǎn)子式中又以齒輪式和螺桿式用的更普遍一些。

3、容積式流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

容積式流量計(jì)長(zhǎng)期以來被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的流量測(cè)量,并迅速擴(kuò)展到醫(yī)療、精密化工、食品工業(yè)等領(lǐng)域的計(jì)量。這說明了容積式流量計(jì)具有很多優(yōu)良的特性：

(1)測(cè)量精度高，重復(fù)性好，而且影響測(cè)量準(zhǔn)確度的因素比較少。液體的黏度,流體速度場(chǎng)的變化等因素對(duì)其測(cè)量精確度影響很小。

(2)由于旋轉(zhuǎn)流和流速場(chǎng)畸變對(duì)精確度沒有影響,所以安裝簡(jiǎn)易,不需要穩(wěn)流裝置和前置長(zhǎng)直管,所以對(duì)于實(shí)際使用很有現(xiàn)實(shí)意義。

(3)使用的黏度范圍很寬,尤其對(duì)于高黏度液體測(cè)量精確度效果也很好 。

(4)可測(cè)量的流量范圍比較廣,相對(duì)于一般流量計(jì)10∶1和5∶1的測(cè)量比,有的容器式流量計(jì)可以達(dá)到30∶1 ,甚至更大。

(5)容積式流量計(jì)可以有直讀式儀表,無需其他外加能源,操作簡(jiǎn)單,清晰明了。

(6)因?yàn)槿莘e式流量計(jì)是直接用體積來計(jì)算的,相對(duì)于其他如速度式等推導(dǎo)體積流量計(jì)而言,受到的影響因素少一些。

當(dāng)然,受制于材料、加工工藝和自身結(jié)構(gòu)的影響,目前,容積式流量計(jì)也有著一些缺陷：

(1)由于與被測(cè)管道直接相連接安裝,所以口徑較大時(shí),儀表就顯得比較笨重,搬運(yùn)安裝比較麻煩。

(2)由于機(jī)械材料低溫變脆,高溫膨脹變形,限制了容積式流量計(jì)使用的溫度范圍和壓力等級(jí)。

(3)因?yàn)橛幸恍┗顒?dòng)部件,所以不適用臟的、含有固體雜質(zhì)的被測(cè)液體,過濾精度要求高。此外,流體還必須用來驅(qū)動(dòng)活動(dòng)部件使流量計(jì)正常工作,所以壓損較大。

容積式流量計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

1、活動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

活動(dòng)部件是容積式流量計(jì)的核心部件,比如轉(zhuǎn)子式的轉(zhuǎn)子,活塞式的活塞,其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)往往需要經(jīng)過反復(fù)的論證和計(jì)算。它和殼體構(gòu)成了容積流量計(jì)的容積腔體,容積過大,所受的力和力矩就會(huì)增加;容積過小,導(dǎo)致活動(dòng)部件動(dòng)作過于頻繁,通流量也很小。因此,活動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。

在結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度允許的條件下,齒輪式流量計(jì)的齒輪設(shè)計(jì)根據(jù)GB1357-88齒輪模數(shù)序列,優(yōu)選出模數(shù)、齒高、齒數(shù)、分度圓直徑、齒根圓和齒頂圓直徑等齒輪參數(shù)。而螺桿流量計(jì)設(shè)計(jì)時(shí),要充分考慮兩個(gè)螺桿所受的力矩情況,最好能使兩者之間的力矩平衡,從而減小螺桿之間的沖擊,達(dá)到降低噪聲和延長(zhǎng)壽命的效果。兩個(gè)螺桿在各個(gè)狀態(tài)下的力矩是不相等的,而且存在主動(dòng)、從動(dòng)之分。合理的設(shè)計(jì)螺桿結(jié)構(gòu),完全可以使兩個(gè)螺桿所受轉(zhuǎn)矩平衡,消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)帶來的負(fù)面影響。那怎么才能使轉(zhuǎn)矩平衡而又維持不變呢。除了正確設(shè)計(jì)螺桿之外,還要要求兩個(gè)螺桿的齒形完全一致,齒兩側(cè)的曲面也完全對(duì)稱,而且轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度應(yīng)為螺距的整數(shù)倍,只有這樣才能使螺桿嚙合接觸線兩面高低壓受力面積相等,在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中沒有變化,液壓轉(zhuǎn)矩就均勻不變了。此外,活動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞會(huì)直接決定流量計(jì)泄漏、承受壓力情況、精密程度。所以活動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)是容積式流量計(jì)技術(shù)中最為關(guān)鍵的一環(huán)。

2、活動(dòng)部件的間隙

容積式流量計(jì)的容積腔不是密閉固定的,容積腔要隨著轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)。因此,活動(dòng)部件和流量計(jì)殼體之間必然存在著間隙。該間隙既要保證活動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,減小壓損和磨損,又要使間隙的泄漏盡可能的少,因?yàn)樾孤┲苯佑绊懙搅藴y(cè)量的精確度。理論上,該間隙應(yīng)為零,實(shí)際上很難達(dá)到。例如腰輪流量計(jì)和橢圓齒輪流量計(jì)的轉(zhuǎn)子和殼體的間隙一般都設(shè)在0.1mm左右。一般不會(huì)超過0.15 mm。如果能使間隙 δ< 0.1mm ,?泄漏的流體處于腔體壁的層流區(qū)邊界層，此層的流速近似為零,?實(shí)現(xiàn)近似的零泄漏，δ 也就認(rèn)為近似為零了。

3、流量計(jì)的材質(zhì)容腔

積式流量計(jì)靠精確的容腔來計(jì)量流量,構(gòu)成容腔的轉(zhuǎn)子、腔體的材料將會(huì)影響到流量計(jì)的性能和品質(zhì)。首先,材料的力學(xué)性能制約著流量計(jì)使用的壓力等級(jí)。在高壓流體中,轉(zhuǎn)子或殼體受高壓影響可能產(chǎn)生變形,腔體的容積隨之發(fā)生變化;而且變形很可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和腔體壁間的間隙偏離原來的設(shè)計(jì)值,如果變大,泄漏增大,變小,轉(zhuǎn)子就會(huì)磨損。這些都將影響流量計(jì)的精確度。這就是為什么早期的容積式流量計(jì)的設(shè)計(jì)壓力普遍偏低。

其次,容積式流量部件由于存在活動(dòng)部件,計(jì)量過程中活動(dòng)部件連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),而且大流量時(shí)還要高速運(yùn)轉(zhuǎn),因此磨損的問題就凸現(xiàn)出來了。材質(zhì)的抗磨性能就成了影響流量計(jì)壽命和精度的重要因素。

再次,液壓油連續(xù)工作中的溫升是很嚴(yán)重的,所以材質(zhì)的熱變形性也是設(shè)計(jì)流量計(jì)時(shí)需要考慮的問題。還有當(dāng)環(huán)境溫度極低時(shí),還要注意材質(zhì)的冷脆性,因?yàn)榇嘈韵拗屏肆髁坑?jì)的工作壓力。例如某公司的螺桿流量計(jì),應(yīng)用于高壓的耐高溫的OMH系列流量計(jì)殼體一般是精模鑄造的灰鑄鐵,轉(zhuǎn)子螺桿一般選用用力學(xué)性能和耐磨性很好的氮化鋼,壓力可以達(dá)到42 MPa ,其中應(yīng)用石油鉆井平臺(tái)上的最高壓力可達(dá)到103.5MPa ;低壓的OME系列殼體選用重量輕、耐磨的氧化鋁;還有用于化工行業(yè)流體計(jì)量的OMK系列中轉(zhuǎn)子選用了含15 %石墨的聚四氟乙烯材料,使轉(zhuǎn)子可以抵抗一些化工產(chǎn)品的強(qiáng)腐蝕性。由此可見,容積流量計(jì)的材質(zhì)也是決定其性能的關(guān)鍵因素之一。

容積式流量計(jì)的應(yīng)用

容積式流量計(jì)的這種定排量的流量測(cè)試方法可以追溯到18世紀(jì),在20世紀(jì)30年代進(jìn)入普遍的商業(yè)應(yīng)用階段。近年來, PD流量計(jì)在有的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的銷售額超過了20 %,在我國(guó)也大約占到了20 %。其主要應(yīng)用在石油基介質(zhì)的計(jì)量中。但由于其精確的計(jì)量特性,近年來,迅速擴(kuò)展到化工、食品、醫(yī)療等部門也采用它來精確計(jì)量昂貴介質(zhì)的總量和流量。

在石油方面的測(cè)量中,已經(jīng)制定了使用容積式流量計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)( ISO/DIS2714 )。而且高精度、長(zhǎng)期性能保持性和高重復(fù)性的容積式流量計(jì)也被用來作為工業(yè)流量計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)儀表,對(duì)工業(yè)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定。

隨著液壓技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,對(duì)流量計(jì)量精度的要求也越來越高。而作為計(jì)量最為精確的一類流量計(jì),容積式流量計(jì)在此領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。隨著加工工藝水平的提高和材料科學(xué)的發(fā)展,經(jīng)過不斷完善其關(guān)鍵技術(shù),容積式流量計(jì)得到更為廣泛的應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)也是容積式流量計(jì)的一種，在測(cè)量輕質(zhì)液體，比如汽柴油等，有著良好的效果。

U-How?康匯燃油流量計(jì)

U-How?康匯流量計(jì)是上?？祬R實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，根據(jù)旋轉(zhuǎn)活塞式工作原理自主研發(fā)生產(chǎn)的，具有測(cè)量流速低、量程寬、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠等特點(diǎn)的高精度流量傳感器。

工作原理

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)，是屬于容積式流量計(jì)，它基于活塞與計(jì)量室一直保持的相切密封狀態(tài)。并有一個(gè)固定的偏心距計(jì)量元件活塞，在壓差的作用下，對(duì)活塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使活塞做偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流體的流量，通過記數(shù)機(jī)構(gòu)記錄出活塞轉(zhuǎn)數(shù)，即可測(cè)得流體總流量。

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)進(jìn)出口由隔板隔開。當(dāng)被測(cè)流體從進(jìn)口進(jìn)入計(jì)量室，這時(shí)進(jìn)出口形成壓差，迫使活塞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)如圖a所示。流體連續(xù)流入，迫使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)如圖b所示，形成二個(gè)半月牙腔體，在壓差作用下迫使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)如圖c，V2流體從出口排出，使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)如圖d所示，在壓差作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞每轉(zhuǎn)一周迸出的流體等于V1+V2的和。

工作原理圖

流量計(jì)爆炸圖：

產(chǎn)品參數(shù)

1、機(jī)械部分：

2、電子部分：

測(cè)量介質(zhì)：

可測(cè)量輕質(zhì)和中質(zhì)油料，如：汽油、柴油、煤油、石腦油、潤(rùn)滑油

產(chǎn)品資質(zhì)

1. 發(fā)明專利：ZL201020504169.8流量傳感器

2. 國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心車輛檢測(cè)報(bào)告

3. 交通部委托北京計(jì)量院精度檢測(cè)報(bào)告

油耗監(jiān)控解決方案

應(yīng)用對(duì)象

1.發(fā)動(dòng)機(jī)：

火車、汽車、工程車、拖拉機(jī)、發(fā)電機(jī)組及內(nèi)河或近海航行的船舶中測(cè)量各類動(dòng)力機(jī)器的燃油消耗量，及各種較重液體的裝卸計(jì)量和管道過液計(jì)量。

2.燃燒器：

車載鍋爐、移動(dòng)鍋爐等設(shè)備的燃油消耗計(jì)量。

數(shù)據(jù)采集方式

通過采集流量計(jì)脈沖數(shù)據(jù)的方式，以RS485/RS232對(duì)接設(shè)備單位的系統(tǒng)集成

解決方案