旋转活塞式流量计的测量原理、误差原因及修复方法详解

 

旋转活塞流量计是一种容积式流量仪表，它具有工作可靠、测量精度高、压力损失小，当介质粘度大于50cp时，粘度的变化对精度无影响。它适用于不含固体颗粒介质的液体瞬时流量和累积流量的测量。仪表使用一段时间后，几经检修，标定数据证实，许多流量计已出现超差现象。下面我们通过对其测量原理及结构组成的分析，来剖析产生误差的根源和修正方法。

测量原理分析

旋转活塞流量计是基于将测量室（V1+V2）连续充满和排空原理进行测量的（见图1）。测量机构是由带盖的测量室、旋转活塞及隔板组成。开槽活塞有上、下两个活塞销，隔板径向安装在进出口之间，测量室销与导环同心。测量时，开槽活塞的槽口沿隔板作直线运动，活塞销沿导环作圆周运动。由于测量室容积是固定的，则流经测量室介质的瞬时流量大小只与旋转活塞转动的速度有关，累积量与旋转活塞转动的圈数有关。

瞬时流量（Q）=（V1 + V2）旋转速度（V）累积流量（Q）=（V1 + V2）旋转圈数（n）

从测量原理我们可以看出，测量是否准确，是否满足或达到该精度要求，主要取决于测量室的容积是否发生变化。只要容积恒定不变，测量误差就不易产生。即产生测量误差的根源是测量室容积发生变化。

测量误差的产生与修正

1 、测量室客积变化产生的误差与修正

旋转活塞流量计在使用过程中，由于工艺管道内压力的变化，使得旋转活塞瞬时转速过大，导致活塞槽口对隔板的冲击，使隔板弯曲。对这一类表进行检修时发现，凡是隔板弯曲甚至断裂引起的故障，由于旋转活塞旋转时不能按照原来的运动轨迹转动，造成测量室的内壁和底面、活塞上下端面以及内外壁产生严重磨损，甚至出现划痕和凹槽。在这种情况下，就需要在更换隔板后对测量室及活塞进行研磨，使旋转活塞能在测量室内旋转自如，重新起到测量作用。但是经过多次检修研磨后，测量室的容积将发生变化（见图2）。

研磨前：V =（V1 + V2）=[（D2 - d2）+（D12 - d12）]

H— 测量室深度（高度）；

V— 总容积；V1— 外容积；

V2— 内容积。

研磨后，将会造成以下尺寸发生变化。

D↗ 、D1↗（增大），d↘、d1↘（减小），那么

V' =（V1 + V2）= [（D2 - d2）+（D12 - d12] + △V = V + △V

V'— 研磨后总容积；△V— 研磨前、后容积变化量。

若V、V'对应的体积流量分别为Q、Q'，删该表的引用误差为：

随着检修、研磨次数的增多，δ值将越来越太，超过该表的精度等级范围，使其测量精度不能满足工艺生产的需要。为了使它重新获得较高的测量精度，恢复其测量的准确性，出现这种测量误差，我们可以通过以下两种途径进行修正，使其达到精度要求。

（1） 利用检修后的标定数据，通过更换配对齿轮的方法进行修正。

大家都知道，许多流量测量仪表发讯机构都是采用齿轮机构传送的，齿轮的变速比决定了指示机构与测量机构的比例对应关系。我们就是利用改变这种比例关系来达到修正的目的。

例如：一台旋转活塞流量计，精度为0.5级，经多次检修、研磨后，重新标定，标定出的指示误差值为-1.27%。现用更换配对齿轮的方法进行修正，步骤如下：

a.拆开发讯机构的变速齿轮部分，卸下变速齿轮，并读出齿轮上的标记。若测量机构齿轮标记为“1-74”，指示机构齿轮标记为“1-125”。

b.对照表查出原配对齿轮已补偿的指示误差为0.29%，然后计算出流量计的实际误差。

实际误差=已补偿指示误差+标定误差    = 0.29% +（-1.27%）=-0.98%

c.对照表2查出补偿值为-0.98%的配对齿轮，测量机构齿轮标记为“1-60”，指示机构齿轮标记为“1-110”，找出印有该标记的配对齿轮装上，并重新标定，即可达到精度要求。

（2） 利用乘以系数k的方法进行修正。

目前，许多厂都使用了集散系统，KMM数字调节器等仪表系统，这类仪表系统都具有对可变参数的系数进行调整、修改的功能。我们就是利用这种系数调整的方法，来实现对误差的修正。

例如，一台旋转活塞流量计，精度为0.5级，量程为0.6~6m3/h，经过多次检修、研磨后，重新标定其指示相对误差为-1.05%。根据所给数据，得到表3和图3。

表3

根据表3和图3，我们可以看出：

检修标定前：

比率系数(k)=tɡα=标定值/指示值=1

检修后标定：

比率系数(k')=tgα‘=

根据计算出的比率系数，在集散系统的该控制回路中，或在KMM调节器可变参数中通过组态，修正现场来的测量信号，得到实际的指示值和累积值。

实际指示值=测量示值（PV值）×比率系数（k'），即：

Q' = Q·K'

2 、介质温度变化引起介质密度变化而产生的误差与修正

众所周知，许多体积流量仪表都存在温度对测量流量精度的影响，它可以通过补偿、选型等方法来最大限度地克服这种影响。然而许多生产装置，特别是化工装置，对流量的要求比较高，化学反应是考虑质量流量，而不是体积流量。质量流量（M）与体积流量（Q）的关系是：M=ρ·Q（ρ是介质密度），在体积流量不变的情况下，如果流体介质密度发生变化，则质量流量将随之而变。

对于液体介质，压力对密度影响甚微，可以忽略不计。但是温度对密度的影响就不能忽视。为了解决测量体积流量的旋转活塞流量计达到测量质量流量的目的，我们做了一些尝试。下面我们以化工原料中乙二醇为例，根据乙二醇介质的温度与密度关系，讨论乙二酵的温度对体积流量测量的影响。

例如，一台旋转活塞流量计，精度为0.5级，测量范围为0.6~6m3/h，工艺要求设定控制流量为2.5m3/h，介质温度为180℃。若温度变为165℃时，则在质量流量不变的情况下，体积流量将发生变化，并出现流量示值偏离给定值，出现示值超差现象。

180℃时的体积流量为2.5m3/h，乙二醇密度为986kg/m3，则此时控制的质量流量为：

M = ρ·Q = 986×2.5 = 2465kg/h

165℃时，如果要保持控制的质量流量为2465kg/h。此时乙二醇密度为1000kg/h，则相应的体积流量为：

那么，由于温度的变化，在质量流量不变的情况下，体积流量产生的误差是显而易见的。

示值相对误差=

由于这种误差是由旋转活塞流量计外部因素（温度）引起的，而且对工艺影响也比较大，化学反应只与物质的质量（或者说摩尔数）有关，而与物质的体积无关。因此，要保证介质的质量流量不变，在温度发生较大变化时，就必须考虑对体积流量的误差修正，而这种修正是不能通过旋转活塞流量计本身来修正的，也不能通过更换配比齿轮或乘以系数k的方法来修正，而只有通过改变体积流量的设定值来修正。以上例来说，如果将流量设定从2.5m3/h改为2.465m3/h，就可达到修正目的，满足工艺对测量的要求。

综上所述，我们对旋转活塞流量计的测量误差及修正方法进行了简要论述，对如何克服因容积、温度变化而带来的误差作了一些分析。其方法简便易行，有利于解决该表超差降级问题。