陳賞順　金　嵐　王函滔

(浙江省計量科學(xué)研究院，杭州 310013)

0　引言

羅茨流量計又稱腰輪流量計，其工作原理是通過兩個旋轉(zhuǎn)腰輪和殼體構(gòu)成體積固定的計量室，氣體進(jìn)入儀表進(jìn)氣口后，會在儀表腔內(nèi)形成壓力差，通過這個壓力差使兩個腰輪轉(zhuǎn)動，從而排出氣體。腰輪的轉(zhuǎn)動通過減速機構(gòu)和磁耦合聯(lián)結(jié)器輸出給外部的計數(shù)器或者經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，送入體積修正儀進(jìn)行運算處理，并顯示氣體體積流量。

羅茨流量計由于準(zhǔn)確度高、極寬的量程和高穩(wěn)定性等特點，目前被廣泛應(yīng)用于燃?xì)夤I(yè)用戶和商業(yè)用戶的計量。

1　氣體羅茨流量計信號輸出方式

目前氣體羅茨流量計可分為機械式和智能式，兩者最大的區(qū)別在于智能式氣體羅茨流量計是在機械式的基礎(chǔ)上配置溫度、壓力傳感器，通過體積修正儀實現(xiàn)累積量計量。表1是氣體羅茨流量計幾種類型的信號輸出方式。

表1　氣體羅茨流量計信號輸出方式

在氣體羅茨流量計檢測過程中，一般要求單次檢測時間不少于60s，對于高頻脈沖信號輸出的流量計，采集的數(shù)據(jù)在結(jié)果處理上一般都能滿足要求。對于低頻脈沖信號輸出的流量計，60s的檢測時間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。特別是在小流量檢測過程中，往往需要半個多小時，檢測時間過長，環(huán)境因素會對檢測結(jié)果帶來很大影響，導(dǎo)致檢測結(jié)果的不可靠。

2　傳動比檢測方法的理論推導(dǎo)

氣體羅茨流量計極寬的量程以及極小的流量在一定程度上對流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的檢測方法提出更高的要求。

從流量計的結(jié)構(gòu)原理圖(圖1)來看，它是通過兩個旋轉(zhuǎn)腰輪轉(zhuǎn)動排出氣體，在殼體外面與兩個腰輪同軸安裝了一對驅(qū)動齒輪，再通過減速機構(gòu)傳到計數(shù)器。在整個傳動過程中，計數(shù)器與腰輪的轉(zhuǎn)數(shù)成一定的比例關(guān)系，這種比例關(guān)系與流量無關(guān)，是固定值，也稱傳動比。如果能確定計數(shù)器與腰輪轉(zhuǎn)數(shù)的比值，通過測量腰輪的轉(zhuǎn)數(shù)間接計算出流量計的示值誤差，就可以解決羅茨流量計小流量檢測的難題。

圖1　氣體羅茨流量計結(jié)構(gòu)原理圖

1) 流量計計數(shù)器累積量示值誤差計算公式：

(1)

式中：E1為流量計示值誤差；V1為流量計計數(shù)器示值；Vs1為流量計實際體積。

2)流量計傳動比累積量示值誤差計算公式：

(2)

(3)

(4)

式中：V2為流量計體積；n為腰輪轉(zhuǎn)數(shù)；K為流量計傳動比；Vs2為流量計實際體積。

3)從式(1)與式(4)中可以看出，如果檢測裝置具有雙計時功能，能同時接收處理兩路信號功能，就可以計算出流量計傳動比K。

一路是采集計數(shù)器信號，測得流量計在該流量下標(biāo)準(zhǔn)器體積，通過式(1)可計算出流量計示值誤差。另一路用光纖傳感器采集腰輪轉(zhuǎn)數(shù)，測得流量計在該流量下標(biāo)準(zhǔn)器體積，通過式(4)可計算出流量計傳動比K。

4)羅茨流量計生產(chǎn)企業(yè)在其銘牌或使用說明書中都會標(biāo)注回轉(zhuǎn)體積，它與傳動比存在比例關(guān)系。但由于該回轉(zhuǎn)體積往往都是設(shè)計值，由于加工工藝、安裝等問題，其值與實際回轉(zhuǎn)體積會存在一點偏差。當(dāng)腰輪走一個循環(huán)時，其實際走過的體積跟它本身固有的回轉(zhuǎn)體積和在該流量下腰輪之間的泄漏量有關(guān)。而傳動比是一個固定值，與流量無關(guān)，它是計數(shù)器與腰輪之間的比例關(guān)系。簡言之，它是計數(shù)器的放大器。因此把傳動比應(yīng)用在羅茨流量計檢測方法上，就可以很好地解決小流量檢測時間長的問題。

3　實驗數(shù)據(jù)

某公司生產(chǎn)的氣體羅茨流量計，型號：G65，流量范圍：0.65～100m3/h，流量計計數(shù)器輸出1m3=10脈沖。

1)計數(shù)器累積流量示值誤差試驗結(jié)果見表2。

表2　計數(shù)器累積流量示值誤差

2)傳動比累積流量示值誤差試驗結(jié)果見表3。

表2中每個流量點的脈沖數(shù)都非常少，特別在小流量檢測時，脈沖數(shù)2個檢測所需要的時間近20分鐘，這對檢測結(jié)果非常不利。整個檢測過程所需要的時間至少1個小時。

表3中通過對100m3/h流量檢測，按式(1)和式(2)計算得到羅茨流量計傳動比，25m3/h和0.65m3/h兩個流量點利用該傳動比進(jìn)行示值誤差檢測，整個檢測過程所需要的時間在10分鐘左右。

從表2與表3對比中可以發(fā)現(xiàn)，兩種檢測方式示值誤差結(jié)果基本上一致，驗證了傳動比檢測方法的可靠性。在0.65m3/h下，表3的檢測時間只有表2的1/20，而計量的脈沖數(shù)是表2的18倍。有效地提高了檢測效率，降低了檢測時間過長對檢測結(jié)果所帶來的影響。

表3　傳動比累積流量示值誤差

4　結(jié)束語

通過對羅茨流量計結(jié)構(gòu)原理分析和實驗數(shù)據(jù)驗證，利用傳動比檢測方法能有效地解決羅茨流量計小流量檢測時間長的問題，提高羅茨流量計檢測效率。由于該檢測方法涉及到多路信號同時輸入，要求檢測裝置具有雙計時功能和接收處理多路信號功能。

[1]梁國偉，蔡武昌.流量測量技術(shù)及儀表.機械工業(yè)出版社，2005

[2]蘇彥勛，李金海.流量計量.中國計量出版社，1991

[3]沈文新，陸佳穎.雙計時法在水表校驗裝置中的應(yīng)用探討.計量技術(shù)，2008(6)