流量现场校准装置测量误差分析及修正

　　1　流量现场校准装置概述

　　流量现场校准装置基于标准表法原理,其结构如图1所示。

　　标准流量计通过串联的方式与被校准流量计连接,用比较法校准流量计。图1中标准流量计选用容积式圆柱齿轮流量计,标准流量表为作者单位所研制。

　　圆柱齿轮流量计是基于齿轮马达容积变化原理工作的定排量流量计。两个几何尺寸完全相同并相互啮合的圆柱齿轮封闭在壳体中,液体压差推动两齿轮连续旋转。齿轮均采用强导磁材料制成,每个齿轮由一个磁电感应传感器来检测其转速。本文以德国Stauff公司生产的型号为VC0·4的圆柱齿轮流量计作为标准流量计,具体技术指标如表1所示。

　　流量计的输出信号是两路相位差90°的方波信号。方波的频率与瞬时流量值成正比;一定时间内的方波个数与累计流量值成正比;两路方波的相位关系可以指示流量的方向。

　　根据流量计输出信号的频率范围,标准流量表采用测周期法来测量流量计的频率信号。其原理是在被测信号一个周期内,计算时钟脉冲数N,则被测信号频率fx为

　　式中:fs为标准流量表时钟脉冲信号的频率。

　　流量校准装置的主要技术指标要求在介质温度为20~50℃的范围内,流量测量相对误差小于0·3%。

　　2　流量现场校准装置测量误差分析

　　2·1　圆柱齿轮流量计结构对误差特性的影响

　　由于齿轮之间与壳体之间是动态配合,考虑齿轮啮合和齿轮转动对润滑的需求,因此要求齿轮之间存在微小的间隙,通常间隙高度h小于0·1 mm。因为进出口存在压差,根据流体力学原理,间隙、压差必然造成缝隙流动,即泄漏。正是由于泄漏的存在使圆柱齿轮流量计实际仪表系数小于理论值,造成测量误差。泄漏流量为

　　式中:h, b, l分别为缝隙的高度、宽度和长度;μ为流体动力粘度;u为相对运动速度;Δp为进出口压力差。

　　因为各间隙配合面之间都存在相对运动,所以引入剪切流动项ubh2,其中齿顶圆与壳体内圆之间的相对运动速度u=ωr,并与泄漏方向一致,因此取“+”,齿轮端面和前后配合面之间的相对运动比较复杂,但由于是圆周运动,可以近似认为剪切流动被对称抵消。齿啮合区由于间隙可忽略,因此泄漏量很小。上述3处泄漏点,以端面间隙泄漏量最大,约占总泄漏量的3/4以上。由以上分析可得泄漏量近似与缝隙高度h3、差压Δp成正比与流体动力学粘度μ成反比。因此,要保证圆柱齿轮计的准确度,缝隙高度h是一个关键因素。

　　2·2　温度对标准流量计测量误差特性的影响