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      圆柱齿轮流量计正反方向应用的探讨


      圆柱齿轮流量计正反方向应用的探讨,结合实际工作, 对圆柱齿轮流量计正反两方向进行测试, 通过实验数据, 按照一定的判定方法, 对比正反方向使用情况下的仪表线性、平均仪表系数K值, 观察其是否存在不一致, 进而得出同一圆柱齿轮流量计在两种方向下的区别, 为计量的准确程度和可靠性提供了参考。

      圆柱齿轮流量计属于容积式流量计的一种, 适用于中高黏度液体介质, 其准确度通常能达到或优于0.5级, 量程比*大时有1000∶1, *小时也有250∶1, 可广泛应用于化工、石油、医药、电力等领域[1]。
      圆柱齿轮流量计的使用理论上无方向性要求, 即流体无论从哪个方向流入, 都对流量计的仪表准确度不构成影响, 但实际上经过一段时间后, 流量计在正反方向使用下可能会出现明显的变化, 主要表现在平均仪表系数的变化和正反方向仪表准确度的不一致。那么在正反方向准确度一致的情况下我们采用哪个系数呢?在正反方向准确度不一致时, 我们又要采用哪个系数呢?下面我们将对此进行初步研究。
      1 工作原理与结构
      圆柱齿轮流量计内部结构如图1所示。圆柱齿轮流量计是以啮合齿轮为原理的流量计量仪器[2], 两个**配合的齿轮安装在一个极精密的密闭容腔内, 流经流量计内的流体被分隔成为单个已知的体积部分, 而后通过计数单位时间或某一时间间隔内, 经仪表排出的流体或固体容积的数目, 用来实现测量的;由非接触式传感器检测齿轮的转动而形成信号输出, 每个齿轮产生一个脉冲信号, 齿与腔壁间形成一个个隔离的小计量单位。

       图1 圆柱齿轮流量计内部结构
      1.密封槽;2.定位销;3.轴;4.齿轮;5.壳体;6.插座;7.放大器;8.壳体上盖
      2 检测设备及条件
      1) 大气压:101750Pa。
      2) 介质:10#航空液压油。
      3) 检定装置:航空液压油流量标准装置, 不确定度为0.05% (k=2) 。
      4) 被检表型号与编号:德国VS公司VS04EPO12V, 编号分别为020和285。
      5) 正方向:使用过程约定某一方向为正方向, 其平均仪表系数记作K1;反方向:约定与正方向相反的方向为反方向, 其平均仪表系数记作K2。
      3 数据处理及分析
      3.1 建立相对误差的计算模型
      1) 采用相对误差的方法来判定。计算公式如下:
      式中:δ1为正方向相对误差;δ2为反方向相对误差[3]。
      判定规则1:若流量计正反方向仪表准确度一样, 则认为使用过程中无方向性要求。
      判定规则2:如果流量计正方向相对误差δ1和反方向相对误差δ2同时满足正方向仪表准确度所要求的*大允许误差范围, 或同时满足反方向仪表准确度所要求的*大允许误差范围, 则当正反方向仪表准确度一致时, 平均仪表系数可任取任一个。
      判定规则3:如果流量计在正方向使用下的仪表准确度优于反方向使用下的仪表准确度, 在不明确方向情况使用时, 则取反方向仪表准确度为该流量计的等级, 此时只需考虑δ1、δ2是否满足反方向仪表准确度所要求的*大允许误差范围, 若满足平均仪表系数可任取一个;反之则取正方向仪表准确度为该流量计的等级, 此时只需考虑δ1、δ2是否满足正方向仪表准确度所要求的*大允许误差范围, 若满足平均仪表系数可任取一个。
      2) 平均仪表系数K和仪表线性EL的计算公式[4]:
      式中:i=1, 2, ……, 5;K为平均仪表系数;EL为仪表线性;下文中EL1为流量计正方向仪表线性, EL2为流量计反方向仪表线性。
      3.2 实验
      3.2.1 编号020流量计
      1) 实验数据

       表1 正方向使用数据
         
       表2 反方向使用数据
      2) 计算分析
      表1和表2按3.1中公式得出下列计算数据:
      从上式中得出, 编号020流量计正方向使用下的平均仪表系数为2538.8L-1, 仪表线性为0.17%, 按照JJG 667—1997《液体容积式流量计检定规程》仪表准确度为0.5级;流量计反方向平均仪表系数为2540.3L-1, 仪表线性为0.23%, 仪表准确度为0.5级[4]。
      上述规程规定:“0.5级仪表*大允许误差为±0.5%。”根据3.1中的判定规则1和2, 得出编号流量计020正方向相对误差δ1=0.059%和反方向相对误差δ2=-0.055%都满足0.5级表允许的*大允许误差范围 (-0.5%≤δi≤0.5%, i=1, 2) , 又正反方向仪表准确度一致, 所以流量计在使用过程中无方向性要求, 即选取任一方向使用仪表准确度都是0.5级, 而且平均仪表系数K值可从2538.8L-1或2540.2L-1中任意选取一个。
      3.2.2 编号285流量计
      1) 实验数据
       
       表3 正方向使用数据
         
       表4 反方向使用数据
      2) 计算分析
      表3和表4按3.1中公式得出下列计算数据:
      从上式中得出, 编号285流量计正方向平均仪表系数为2522.0L-1, 仪表线性为0.55%, 仪表准确度为1.0级;流量计反方向平均仪表系数为2525.3L-1, 仪表线性为0.29%, 仪表准确度为0.5级。
      根据3.1中的判定规则 (3) 得出, 在不明确使用方向时流量计为1.0级表。由于其正反方向仪表准确度不一致, 所以只需观察δ1和δ2是否满足1.0级表的*大允许误差即可。观察可知正方向相对误差δ1=0.13%和反方向相对误差δ2=-0.13%都满足1.0级表允许的*大允许误差范围 (-1.0%≤δi≤1.0%, i=1, 2) , 所以取仪表系数K=2522.01/L或K=2525.3L-1都可以。在明确方向使用下, 若正方向使用则流量计的仪表准确度为1.0级, 平均仪表系数K=2522.0L-1, 若反方向使用则流量计的仪表准确度为0.5级, 平均仪表系数K=2525.3L-1。
      3.3 数量统计
      我们统计近年来所标定过的圆柱齿轮流量计, 有40台正反方向使用无影响的, 也有14台流量计有影响。
      4 结论
      造成上述情况的原因主要有:1) 由于容积式流量计结构形式和机加工技术的限制, 测量元件与壳体内腔构成的计量室不可能做到严格密封, 否则将会出现测量元件卡死, 使流量计无法工作的现象, 故计量室与测量元件存在间隙是必然的。有间隙存在, 就会导致流体从间隙漏过而未经计量的滑流量存在, 滑流量是容积式流量计产生固有误差*主要因素。滑流量除与测量元件和计量室的间隙有关外, 还与流体的密度、黏度等参数有关[5]。2) 使用条件和环境。3) 存放、老化、磨损和腐蚀等。4) 使用过程中流体介质不干净、有杂质造成齿轮运转不流畅。这些都会造成流量计性能的变化, 所以使用人员要定期检查, 维护和重新标定。
      通过本文的实验数据, 我们得知圆柱齿轮流量计在使用过程中, 虽然自身在出厂时没有方向性要求, 但是我们在使用过程中长期地磨耗以及其他环境的影响, 会造成流量计正反方向仪表线性和平均仪表系数不一致, 建议约定方向使用或正反方向同时检定。

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