氣體羅茨流量計(jì)新型檢測技術(shù)探討

陳賞順　金　嵐　王函滔

(浙江省計(jì)量科學(xué)研究院，杭州 310013)

0　引言

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

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

1　氣體羅茨流量計(jì)信號(hào)輸出方式

目前氣體羅茨流量計(jì)可分為機(jī)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(jì)是在機(jī)械式的基礎(chǔ)上配置溫度、壓力傳感器，通過體積修正儀實(shí)現(xiàn)累積量計(jì)量。表1是氣體羅茨流量計(jì)幾種類型的信號(hào)輸出方式。

表1　氣體羅茨流量計(jì)信號(hào)輸出方式

在氣體羅茨流量計(jì)檢測過程中，一般要求單次檢測時(shí)間不少于60s，對(duì)于高頻脈沖信號(hào)輸出的流量計(jì)，采集的數(shù)據(jù)在結(jié)果處理上一般都能滿足要求。對(duì)于低頻脈沖信號(hào)輸出的流量計(jì)，60s的檢測時(shí)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(gè)多小時(shí)，檢測時(shí)間過長，環(huán)境因素會(huì)對(duì)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(dòng)比檢測方法的理論推導(dǎo)

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

從流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖(圖1)來看，它是通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)腰輪轉(zhuǎn)動(dòng)排出氣體，在殼體外面與兩個(gè)腰輪同軸安裝了一對(duì)驅(qū)動(dòng)齒輪，再通過減速機(jī)構(gòu)傳到計(jì)數(shù)器。在整個(gè)傳動(dòng)過程中，計(jì)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(dòng)比。如果能確定計(jì)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(jì)算出流量計(jì)的示值誤差，就可以解決羅茨流量計(jì)小流量檢測的難題。

圖1　氣體羅茨流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖

1) 流量計(jì)計(jì)數(shù)器累積量示值誤差計(jì)算公式：

(1)

式中：E1為流量計(jì)示值誤差；V1為流量計(jì)計(jì)數(shù)器示值；Vs1為流量計(jì)實(shí)際體積。

2)流量計(jì)傳動(dòng)比累積量示值誤差計(jì)算公式：

(2)

(3)

(4)

式中：V2為流量計(jì)體積；n為腰輪轉(zhuǎn)數(shù)；K為流量計(jì)傳動(dòng)比；Vs2為流量計(jì)實(shí)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(jì)時(shí)功能，能同時(shí)接收處理兩路信號(hào)功能，就可以計(jì)算出流量計(jì)傳動(dòng)比K。

一路是采集計(jì)數(shù)器信號(hào)，測得流量計(jì)在該流量下標(biāo)準(zhǔn)器體積，通過式(1)可計(jì)算出流量計(jì)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(jì)在該流量下標(biāo)準(zhǔn)器體積，通過式(4)可計(jì)算出流量計(jì)傳動(dòng)比K。

4)羅茨流量計(jì)生產(chǎn)企業(yè)在其銘牌或使用說明書中都會(huì)標(biāo)注回轉(zhuǎn)體積，它與傳動(dòng)比存在比例關(guān)系。但由于該回轉(zhuǎn)體積往往都是設(shè)計(jì)值，由于加工工藝、安裝等問題，其值與實(shí)際回轉(zhuǎn)體積會(huì)存在一點(diǎn)偏差。當(dāng)腰輪走一個(gè)循環(huán)時(shí)，其實(shí)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(dòng)比是一個(gè)固定值，與流量無關(guān)，它是計(jì)數(shù)器與腰輪之間的比例關(guān)系。簡言之，它是計(jì)數(shù)器的放大器。因此把傳動(dòng)比應(yīng)用在羅茨流量計(jì)檢測方法上，就可以很好地解決小流量檢測時(shí)間長的問題。

3　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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

1)計(jì)數(shù)器累積流量示值誤差試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　計(jì)數(shù)器累積流量示值誤差

2)傳動(dòng)比累積流量示值誤差試驗(yàn)結(jié)果見表3。

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

表3中通過對(duì)100m3/h流量檢測，按式(1)和式(2)計(jì)算得到羅茨流量計(jì)傳動(dòng)比，25m3/h和0.65m3/h兩個(gè)流量點(diǎn)利用該傳動(dòng)比進(jìn)行示值誤差檢測，整個(gè)檢測過程所需要的時(shí)間在10分鐘左右。

從表2與表3對(duì)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(yàn)證了傳動(dòng)比檢測方法的可靠性。在0.65m3/h下，表3的檢測時(shí)間只有表2的1/20，而計(jì)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(shí)間過長對(duì)檢測結(jié)果所帶來的影響。

表3　傳動(dòng)比累積流量示值誤差

4　結(jié)束語

通過對(duì)羅茨流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，利用傳動(dòng)比檢測方法能有效地解決羅茨流量計(jì)小流量檢測時(shí)間長的問題，提高羅茨流量計(jì)檢測效率。由于該檢測方法涉及到多路信號(hào)同時(shí)輸入，要求檢測裝置具有雙計(jì)時(shí)功能和接收處理多路信號(hào)功能。

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

[2]蘇彥勛，李金海.流量計(jì)量.中國計(jì)量出版社，1991

[3]沈文新，陸佳穎.雙計(jì)時(shí)法在水表校驗(yàn)裝置中的應(yīng)用探討.計(jì)量技術(shù)，2008(6)