摘 要: 本文對(duì)油品流量測(cè)量中使用***為廣泛的兩種流量計(jì)———渦輪流量計(jì)與齒輪流量計(jì)對(duì)粘度的適應(yīng)性進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn).分別在燃油(常溫粘度 1 .7 mm²/s)、 液壓油(常溫粘度 20.0 mm²/ s)、 潤(rùn)滑油(常溫粘度 60 .0 mm²/s)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上對(duì)兩種流量計(jì)進(jìn)行了校準(zhǔn).比較數(shù)據(jù)得出齒輪流量計(jì)對(duì)粘度的適應(yīng)性更強(qiáng), 渦輪流量計(jì)在燃油介質(zhì)與潤(rùn)滑油介質(zhì)(同量點(diǎn))中的儀表系數(shù)差異高達(dá) 16 %, 因此渦輪流量計(jì)進(jìn)行高粘度油品流量測(cè)量需采用與實(shí)際介質(zhì)相近粘度的介質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn), 確保流量測(cè)量的準(zhǔn)確.

0、引言：
 渦輪流量計(jì)與齒輪流量計(jì)是油品流量測(cè)量中使用***為廣泛的兩種流量計(jì)^[ 1–2] , 尤其是渦輪流量計(jì)憑借其價(jià)格低廉、 精度高而得到廣泛認(rèn)可, 使用者在任何場(chǎng)合都喜歡使用渦輪流量計(jì).
 本文從介質(zhì)粘度這量計(jì)選型使用的重要依據(jù)出發(fā) , 理論分析與實(shí)驗(yàn)比較渦輪流量計(jì)與齒輪流量計(jì)對(duì)介質(zhì)的適應(yīng)性, 可以更好地選擇使用這兩種流量計(jì).

1、介質(zhì)粘度對(duì)渦輪流量計(jì)系數(shù)影響理論的分析：
 圖 1 所示為渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖^[ 3] .由圖 1 可見, 當(dāng)被測(cè)流體流過(guò)傳感器時(shí), 在流體作用下 , 葉輪受力旋轉(zhuǎn), 其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比, 葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期性地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值.檢測(cè)線圈中的磁通量隨之發(fā)生周期性變化 , 產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì), 即電脈沖信號(hào)經(jīng)放大器放大后, 送至顯示儀表顯示 .渦輪流量計(jì)常用的實(shí)際流量方程為^[ 4]

^{圖 1  渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖}

  式中 :α, β , γ為與結(jié)構(gòu)相關(guān)的參數(shù) ;υ為粘度;Q 為流量.由式(2)可知:結(jié)構(gòu)相同的情況下 ,粘度增加其阻力矩 ^{圖 1  渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖}Fig.1 Turbine flowm eter s tr ucture diagr am增加 ,使得儀表系數(shù)減小 ,且儀表系數(shù)的線性區(qū)域減小 .由于渦輪流量計(jì)儀表系數(shù)與流體物性及流動(dòng)特性有復(fù)雜的關(guān)系 , 還不能用這些理論公式推導(dǎo)儀表系數(shù)得到定量的數(shù)據(jù), 儀表系數(shù)仍需由實(shí)流校驗(yàn)確定^[ 4] .

圖 2  齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2、介質(zhì)粘度對(duì)齒輪流量計(jì)系數(shù)影響的理論分析：
 齒輪流量計(jì)屬于容積式流量計(jì) .齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖 2 .其工作原理為:流體在上游的壓力作用下進(jìn)入流量計(jì) , 推動(dòng)一對(duì)嚙合的圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) .齒輪的齒頂圓和端面與殼體底座及殼體上蓋之間的間隙非常小, 齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中, 輪齒把流動(dòng)的液體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)的體積單元, 每個(gè)體積單元等于兩個(gè)輪齒的容積.齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距的角度, 排出等于兩個(gè)輪齒容積的流體體積.在殼體上蓋對(duì)應(yīng)測(cè)量齒輪分度圓處安裝兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)速傳感器, 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) , 輪齒每次經(jīng)過(guò)電磁轉(zhuǎn)速傳感器, 流量計(jì)發(fā)出一個(gè)電脈沖信號(hào) .根據(jù)流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)可以測(cè)量流體的流量^[ 6] .

 由式 (3)以及儀表系數(shù)的定義可知 υ越大泄漏量越小, 泄漏量越小對(duì)應(yīng)的儀表系數(shù)越大 , 線性區(qū)域也越寬.

3、實(shí)驗(yàn)裝置：
 液體流量裝置一次標(biāo)準(zhǔn)基本采用質(zhì)量法、容積法、 體積管法等進(jìn)行流量的測(cè)量.從國(guó)際油品流量校準(zhǔn)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)看 , 對(duì)測(cè)量油品或化學(xué)品等介質(zhì)的流量計(jì)的校準(zhǔn), 多采用體積管式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 .本文所涉及到的實(shí)驗(yàn)均在作者單位 3 套主動(dòng)體積管式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上完成, 裝置原理一樣 , 見圖 3 , 區(qū)別在于介質(zhì)粘度與流量范圍 .

圖 3  主動(dòng)體積管裝置原理圖
工作原理:校準(zhǔn)前開啟閥 1 , 2 , 關(guān)閉閥 3 , 由伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)活塞在主動(dòng)體積管中運(yùn)動(dòng) , 產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)流量源(標(biāo)準(zhǔn)流量的大小由上位機(jī)軟件通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制), 液體通過(guò)閥 1 流經(jīng)被校流量計(jì), ***終流入油箱.光柵用于測(cè)量活塞行程 , 活塞行程與活塞截面積的乘積再除以運(yùn)行時(shí)間就得到體積流量, 通過(guò)比較被校流量計(jì)的示值與體積管測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)體積流量值實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的校驗(yàn).
 
裝置基本指標(biāo)如下:
 介質(zhì):航空煤油(常溫粘度 1 .7 mm²/s);流量范圍 :0 .5 L/min ～ 1 000 L/min ;相對(duì)擴(kuò)展不確定度 :U =0 .05 %, k =2 ;介質(zhì) :15 號(hào)液壓油(常溫粘度 20 .0 mm²/s);流量范圍:0 .05 L/min ～ 400 L/min ;相對(duì)擴(kuò)展不確定度:U =0 .05 %, k =2 ;介質(zhì) :4 050 潤(rùn)滑油(常溫粘度 60 .0m m²/s);流量范圍:1 L/min ～166 .7 L/min ;相對(duì)擴(kuò)展不確定度:U =0 .08 %, k =2 .
 
4、采用不同粘度介質(zhì)對(duì)兩種流量計(jì)校準(zhǔn)：
 本文選取了常用國(guó)產(chǎn)渦輪 LWGY-15 與德國(guó) KRACH T 公司 VC5 齒輪流量計(jì)為樣本 , 分別在燃油、液壓油、 潤(rùn)滑油流量裝置上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1 、 表 2 所示 .
 

5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：
 從表 1 與表 2 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出:
 1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論公式得到的趨勢(shì)相吻合 .渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)隨粘度增加而減小, 線性范圍變窄;齒輪流量計(jì)的儀表系數(shù)隨粘度增加而增加, 線性范圍變寬.
 2)粘度對(duì)渦輪流量計(jì)的影響很大 .LWGY 系列流量計(jì)用于燃油介質(zhì)時(shí)量程比為 10 :1 時(shí)線性為 0 .2%, 但運(yùn)用于潤(rùn)滑油介質(zhì)時(shí)線性達(dá) 7 %, 且在同樣流量下系數(shù)變化達(dá) 16 %.
 3)粘度對(duì)齒輪流量計(jì)的影響相對(duì)較小 .VC5 齒輪流量計(jì)用于燃油介質(zhì)量程比為 100 :1 時(shí)線性為 0 .4%, 運(yùn)用于潤(rùn)滑油介質(zhì)時(shí)線性為 0 .1%, 在同樣流量下系數(shù)變化***大為 0 .6%.
 流量計(jì)采用的建議:
 1)高粘度油品流量測(cè)量時(shí)盡量采用齒輪流量計(jì)等容積式流量計(jì) , 低粘度油品流量測(cè)量時(shí)可采用渦輪流量計(jì) .
 2)如果采用渦輪流量計(jì)進(jìn)行高粘度油品流量測(cè)量, 需采用與實(shí)際介質(zhì)相近粘度的介質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn) , 確保流量測(cè)量的準(zhǔn)確.