容積式流量計(jì)，其主要包括橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)等產(chǎn)品，今天將從其工作原理、結(jié)構(gòu)組成、優(yōu)缺點(diǎn)及安裝注意事項(xiàng)等六大方面為您詳細(xì)介紹容積式流量計(jì)的一些知識。
容積式流量計(jì)又稱排量流量計(jì)（positive displacement flowmeter），簡稱PD流量計(jì)或PDF，在流量儀表中是精度最高的一類。它利用機(jī)械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分，根據(jù)計(jì)量室逐次、重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流量體積總量。PD流量計(jì)一般不具有時(shí)間基準(zhǔn)，為得到瞬時(shí)流量值需要另外附加測量時(shí)間的裝置。定排量測量方法可追溯到18世紀(jì)，20世紀(jì)30年代進(jìn)入普遍商業(yè)應(yīng)用。
一、原理
PDF從原理上講是一臺從流體中吸收少量能量的水力發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)能量用來克服流量檢測元件和附件轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力，同時(shí)在儀表流入與流出兩端形成壓力降。
典型的PDF（橢圓齒輪流量計(jì)）的工作原理如圖1所示。兩個(gè)橢圓齒輪具有相互滾動(dòng)進(jìn)行接觸旋轉(zhuǎn)的特殊形狀。P1和p2分別表示入口壓力和出口壓力，顯然p1>p2，圖1（a）下方齒輪在兩側(cè)壓力差的作用下，產(chǎn)生逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，為主動(dòng)輪；上方齒輪因兩側(cè)壓力相等，不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，是從動(dòng)輪，由下方齒輪帶動(dòng)，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。在圖1(b)位置時(shí)，兩個(gè)齒輪均在差壓作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。選裝到圖1(c)位置時(shí)，上方齒輪變?yōu)橹鲃?dòng)輪，下方齒輪則成為從動(dòng)輪，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到與圖1(a)相同位置，完成一個(gè)循環(huán)。一次循環(huán)動(dòng)作排出四個(gè)由齒輪與殼壁間圍成的新月形空腔的流體體積，該體積稱作流量計(jì)的"循環(huán)體積"。
設(shè)流量計(jì)"循環(huán)體積"為υ，一定時(shí)間內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)為N，則在該時(shí)間內(nèi)流過流量計(jì)的流體體積為V，
則 V＝Nυ （1）
橢圓齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過磁性密封聯(lián)軸器及傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)傳遞給計(jì)數(shù)器直接指示出流經(jīng)流量計(jì)的總量。若附加發(fā)信裝置后，再配以電顯示儀表可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳只是瞬時(shí)流量或累積流量。
雖然有許多分割方法形成各種形式的PDF，但大部分都有相似的基本特征。PDF產(chǎn)生誤差的主要原因是分割單個(gè)流體體積的活動(dòng)測量件和靜止測量室之間的縫隙泄漏量所形成。產(chǎn)生泄漏的原因之一是為克服活動(dòng)件摩阻力；之二是受儀表水力學(xué)阻力形成壓力降的作用。
二、結(jié)構(gòu)
PDF品種繁多，結(jié)構(gòu)形式亦多種多樣，但其主要部件組成大同小異，現(xiàn)舉腰輪流量計(jì)作為范例說明。
腰輪流量計(jì)的構(gòu)造框圖如圖2所示。流量由測量部和積算部兩大部分組成，必要時(shí)可附加自動(dòng)溫度補(bǔ)償器、自動(dòng)壓力補(bǔ)償器、發(fā)信器和高溫延伸（散熱）件等。
1）
計(jì)量室
腰輪流量計(jì)由一對腰輪和殼體構(gòu)成，兩腰輪是有互為共軛曲線的轉(zhuǎn)子，即羅茨（Roots）輪，與腰輪同軸裝有驅(qū)動(dòng)齒輪，被測流量推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子間由驅(qū)動(dòng)齒輪相互驅(qū)動(dòng)。腰輪、計(jì)量室殼體一般由鑄鐵、鑄鋼或不銹鋼制成，要根據(jù)流體腐蝕性及其工作壓力、溫度選用。計(jì)量室也有單獨(dú)制成，與儀表外殼分離，這樣計(jì)量室就不承受靜壓，沒有靜壓引起變形的附加誤差。
2）
傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括磁性聯(lián)軸器（或機(jī)械密封裝置）和減速變速機(jī)構(gòu)。變速調(diào)整機(jī)構(gòu)由"齒輪對"組合而成。
3）
積算器和指示表頭 類型較多，有指針式指示和數(shù)字式指示；有不帶復(fù)位計(jì)數(shù)器和帶復(fù)位計(jì)數(shù)器；也由帶瞬時(shí)流量指示，帶打印機(jī)，帶設(shè)定部，等等。
4）
自動(dòng)溫度補(bǔ)償器 對被測介質(zhì)溫度變化影響進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)補(bǔ)償，有機(jī)械式、也有電氣電子式。
5）
自動(dòng)壓力補(bǔ)償器 對被測介質(zhì)靜壓變化影響作自動(dòng)修正。
6）
發(fā)信器
發(fā)信器有多種形式，有接觸式和非接觸式。
三、優(yōu)點(diǎn)
PDF計(jì)量精度高，基本誤差一般為±0.5％R，特殊的可達(dá)±0.2％R或更高。通常在昂貴介質(zhì)或需要精確計(jì)量的場合使用。
PDF在旋轉(zhuǎn)流和管道阻流件流速場畸變時(shí)對計(jì)量精確度沒有影響，沒有前置直管段要求。這一點(diǎn)在現(xiàn)場使用中有重要的意義。
PDF可用于高粘度流體的測量。范圍度寬，一般為10：1到5：1，特殊的可達(dá)30：1或更大。
PDF是直讀式儀表，無需外部能源，可直接獲得累計(jì)總量，清晰明了，操作簡便。
在以體積流量計(jì)組合的間接法質(zhì)量流量測量中，PDF與速度式等推導(dǎo)體積流量計(jì)相比，所的體積是直接幾何量，體積量的影響因素要單純些。在不適合采取密度計(jì)測量的高壓天然氣測量中，不易處理的氣體壓縮系數(shù)，用PDF可間接求得。
四、缺點(diǎn)
PDF結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，笨重，尤其較大口徑PDF體積龐大，故一般只適用于中小口徑。與其他幾類通用流量計(jì)（如差壓式、浮子式、電磁式）相比，PDF的被測介質(zhì)種類、介質(zhì)工況（溫度、壓力）、口徑局限性較大，適應(yīng)范圍窄。
由于高溫下零件熱膨脹、變形，低溫下材質(zhì)變脆等問題，PDF一般不適用于高低溫場合。目前可使用溫度范圍大致在-30～+160℃，壓力最高為10MPa。
大部分PDF儀表只適用潔凈單相流體，含有顆粒、臟污物時(shí)上游需裝過濾器，既增加壓損，又增加維護(hù)工作；如測量含有氣體的液體必須裝設(shè)氣體分離器。
PDF安全性差，如檢測活動(dòng)件卡死，流體就無法通過，斷流管系就不能應(yīng)用。但有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如Instromet公司腰輪流量計(jì)）在殼體內(nèi)置一旁路，當(dāng)檢測活動(dòng)元件卡死，流體可從旁路通過。
部分形式PDF儀表（如橢圓齒輪式、腰輪式、旋轉(zhuǎn)活塞式等）在測量過程中會給流動(dòng)帶來脈動(dòng)，較大口徑儀表還會產(chǎn)生噪聲，甚至是管道產(chǎn)生振動(dòng)。
五、分類
PDF品種繁多，可按不同原則分類。按測量元件結(jié)構(gòu)分類有如下型式：
1）
轉(zhuǎn)子式
2）
刮板式
3）
旋轉(zhuǎn)活塞式
4）
膜式等
1－液體入口；2－隔板；3－液體出口；4－活塞軸；5－計(jì)量室軸；6－計(jì)量室；7－旋轉(zhuǎn)活塞
（4）膜式
與上述濕式氣表相對應(yīng)，膜式儀表又稱干式儀表；又因廣泛應(yīng)用于家庭煤氣（燃?xì)猓┖牧坑?jì)量，故習(xí)慣又稱家用煤氣表，但實(shí)際上系列中大規(guī)格儀表用于廠礦及工業(yè)生產(chǎn)流程。
工作原理如圖4所示，有皿形隔膜形成的能自由伸縮的計(jì)量室1、2、3、4及與之聯(lián)動(dòng)的滑閥組成的流量測量件，在薄膜伸縮及滑閥的作用下，連續(xù)將氣體從入口送至出口，測出這種動(dòng)作的循環(huán)次數(shù)，即可獲得所通過的體積。按照OIML國際建議No.31《膜式氣體流量計(jì)》有14檔規(guī)格，流量范圍0.016-1000m3/h，范圍度很寬達(dá)100：1，中等測量精度，為±（2～3）％R。
六、安裝注意事項(xiàng)
6.1 安裝場所
流量計(jì)安裝應(yīng)選擇合適的場所，需注意以下各點(diǎn)。
1) 周圍溫度和濕度應(yīng)符合制造廠規(guī)定，一般溫度為-10(-15)～40（50）℃，濕度為10%～90%。
2) 日光直射在夏季會使溫度升高，接近輻射熱的場所，亦會使溫度升高 。這種場所應(yīng)采取遮陽或隔熱措施。
3) 非防塵、防浸水型儀表應(yīng)避開有腐蝕性氣氛或潮濕場所，因?yàn)榉e算器減速齒輪等零部件會被腐蝕氣體和晝夜溫差結(jié)露所損壞 。如無法避免，可采取內(nèi)腔用潔凈空氣吹氣(air pruge)方式保持微正壓。
4) 避開振動(dòng)和沖擊的場所。
5) 要有足夠空間便于安裝和日常維護(hù)。
6.2 儀表姿勢 、流動(dòng)方向、與管道連接
PDF的安裝姿勢必須做到橫平豎直，轉(zhuǎn)子型心意量做到其轉(zhuǎn)子軸與地面平行(垂直結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子軸設(shè)計(jì)例外)其他型號按使用說明書規(guī)定要求，一般為水平安裝。垂直安裝為防止垢屑等從管道上方落入流量計(jì)，將其裝在旁路管。
實(shí)際流動(dòng)方向應(yīng)與儀表殼體一表明方向一致。PDF一般只能作單方向測量，必要時(shí)在其下游裝止逆閥，以免損壞儀表。
要使流量計(jì)不承受管線膨脹、收縮、變形和振動(dòng)；防止系統(tǒng)因閥門及管道設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生振動(dòng)，特別要避免諧振。安裝時(shí)不要例儀表受應(yīng)力，例如上下游管道兩法蘭平面不平行，法蘭面間距離過大，管道不同心等不良管道布置的不合理安裝。特別是對無分離測量室，受壓殼體和測量室一體的PDF更應(yīng)注意，因?yàn)槭茌^大安裝應(yīng)力會引起變形，影響測量精度，甚至卡死活動(dòng)測量元件。
6.3 防止異相流體進(jìn)入儀表
PDF計(jì)量室與活動(dòng)檢測件的間隙很小，流體中顆粒雜質(zhì)影響儀表正常運(yùn)行，造成卡死或過早磨損。儀表上游必須安裝過濾器，并定期清洗；測量氣體在必要時(shí)應(yīng)考慮加裝沉渣器或水吸收器等保護(hù)性設(shè)備。用于測量液體管道必須避免氣體進(jìn)入管道系統(tǒng)，必要時(shí)設(shè)置氣體分離器。
6.4 減小脈動(dòng)流、沖擊流或過載流的危害
雖然有某些裝在泵吸入端使用成功的實(shí)例，但儀表應(yīng)裝在泵的出口端。脈動(dòng)流和沖擊流會損害PDF，理想的流源是離心泵或高位槽。若必須要用往復(fù)泵，或管道易產(chǎn)生過載沖擊，或水捶沖擊等沖擊流的場所，應(yīng)裝緩沖罐、膨脹室或安全閥等 保護(hù)設(shè)備。PDF過載超速運(yùn)行可能帶來無法彌補(bǔ)的危害，如管系有可能發(fā)生過量超載流，應(yīng)在下游安裝限流孔板、定流量閥或流量控制器等保護(hù)設(shè)施。
6.5 不斷流安裝
由于PDF測量元件損壞后會產(chǎn)生管道斷流的缺點(diǎn)，在連續(xù)生產(chǎn)或不準(zhǔn)斷流的場所，應(yīng)配備有自動(dòng)切換設(shè)備的并聯(lián)系統(tǒng)冗余；也可采取流量常用的并聯(lián)運(yùn)行方式，一臺出故障另一臺仍可流通。
6.6 現(xiàn)場校準(zhǔn)
若需在現(xiàn)場用車裝標(biāo)準(zhǔn)體積管、標(biāo)準(zhǔn)表等流量標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)PDF者，應(yīng)在現(xiàn)場適當(dāng)位置預(yù)置支管、連接管件和截止閥等。
