液體容積式流量計(jì)漏失量引起的誤差分析

白東豐 ，黃飛飛 ,張才忠 ，樊 靖，趙 媛

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心計(jì)量檢定站 （陜西 西安 710018）

2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠 （陜西 西安 710018）

液體容積式流量計(jì)因其測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣和具有較寬的量程而被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代測(cè)量之中。但是在實(shí)際測(cè)量工作中，由于這樣或那樣的原因，就會(huì)導(dǎo)致其測(cè)量誤差的存在，而為了消除這些誤差，作為專(zhuān)業(yè)計(jì)量檢測(cè)人員，必須切實(shí)掌握其形成誤差的原因，認(rèn)真分析液體容積式流量計(jì)漏失誤差帶來(lái)的影響，從而采取有效的措施降低液體容積式流量計(jì)漏失量引起的誤差，為誤差的消除提供科學(xué)的決策和依據(jù)。

1 液體容積式流量計(jì)工作原理及其誤差成因分析

1.1 液體容積式流量計(jì)的工作原理

為了更好地掌握液體容積式流量計(jì)誤差的成因，首先就必須對(duì)液體容積式流量計(jì)的工作原理有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，才能更好的對(duì)其成因進(jìn)行分析。液體容積式流量計(jì)是采用機(jī)械測(cè)量元件，將所測(cè)液體連續(xù)的分割成多個(gè)單位體積，再將其累加后計(jì)算得出的流量就是所測(cè)液體的流量，達(dá)到計(jì)量流體的目的[4]。其工作流程是：首先將流體持續(xù)的注入計(jì)量?jī)x器固定容積的容器之中，再將注入的流體持續(xù)的通過(guò)通道的出口，對(duì)這一過(guò)程的持續(xù)次數(shù)記錄的基礎(chǔ)上，將其與計(jì)量?jī)x器容積相乘，最終得到所注入液體的流量。因此，其與容積對(duì)液體體積進(jìn)行計(jì)量的道理類(lèi)似，而不同的是將其注入管道，并對(duì)其體積進(jìn)行不斷的測(cè)量，從而得到測(cè)量的數(shù)據(jù)。

1.2 誤差成因分析

液體容積式流量計(jì)誤差主要是因?yàn)闇y(cè)量過(guò)程中漏失所引發(fā)的[5]。而導(dǎo)致漏失的出現(xiàn)，主要是由于液體容積式流量計(jì)的計(jì)量空間由機(jī)械裝置組成，所以其所有部件均在運(yùn)動(dòng)，而運(yùn)動(dòng)中的流體就會(huì)隨著流量計(jì)計(jì)量腔體與轉(zhuǎn)動(dòng)部件（簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)子）間的運(yùn)動(dòng)間隙出現(xiàn)漏失。為了更好地分析誤差的成因，就必須利用計(jì)算流量計(jì)誤差的公式找出影響漏失量的因素。其誤差計(jì)算公式：

其中：E為流量計(jì)誤差；V為液體體積；a為轉(zhuǎn)子比；Δg為漏失量；q為流量。

結(jié)合誤差計(jì)算公式，就能得出以下結(jié)論：由于a為定值，那么E就會(huì)隨著單位時(shí)間內(nèi)Δg的變化而變化。所以導(dǎo)致誤差出現(xiàn)的成因是漏失量，但是漏失量的大小與轉(zhuǎn)子比的大小有關(guān)，轉(zhuǎn)子比越大，漏失量就越大，而轉(zhuǎn)子比不可能為0，所以誤差就不可能完全消除[1]。

2 液體容積式流量計(jì)漏失量大小的影響因素

通過(guò)對(duì)液體容積式流量計(jì)工作原理及其誤差成因分析，認(rèn)識(shí)到誤差不可能消除，只能盡可能的降低誤差。為了降低誤差，提高測(cè)量的精準(zhǔn)性，就必須確保其誤差始終處于允許的最大誤差范圍之內(nèi)。而這就需要對(duì)液體容積式流量計(jì)漏失量大小的影響因素有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，才能更好地開(kāi)展誤差計(jì)算工作。其影響因素主要有以下幾點(diǎn)：

1）機(jī)械磨損是影響液體容積式流量計(jì)漏失量大小的重要因素之一。主要是因?yàn)橐后w容積式流量計(jì)投入使用之后，若經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，轉(zhuǎn)子與計(jì)量空間磨合后的間隙合適，漏失量較小，而誤差就會(huì)較小，但是隨著使用年限的增加，轉(zhuǎn)子與計(jì)量空間出現(xiàn)磨損，就會(huì)增大轉(zhuǎn)子與計(jì)量空間的間隙，從而增大漏失量，最終增大誤差。因此，必須加強(qiáng)對(duì)其的檢查，尤其是頻繁使用的液體容積式流量計(jì)，必須加大流量計(jì)比對(duì)和期間核查的力度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子，進(jìn)而恢復(fù)其功能，進(jìn)行高效的測(cè)量。

2）物體的基本屬性就是熱脹冷縮，而液體容積式流量計(jì)的溫度上升，勢(shì)必導(dǎo)致液體容積式流量計(jì)轉(zhuǎn)子間隙的增加，進(jìn)而增大漏失量，導(dǎo)致誤差上升。因此，為了減少漏失量，就必須注意溫度因素導(dǎo)致計(jì)量空間增大的問(wèn)題，且流體還會(huì)隨著溫度的上升而膨脹，所以溫度也是一個(gè)不可忽視的因素。

3）壓差也是影響液體容積式流量計(jì)漏失量大小的重要因素之一。若流量計(jì)的進(jìn)出口存在的壓差較小，那么就會(huì)降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度，流體就會(huì)在重力作用下增加流動(dòng)速度，導(dǎo)致漏失量增大，同時(shí)誤差也相應(yīng)的增大。若流量計(jì)的進(jìn)出口的壓差較大，那么就會(huì)增大轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)力矩，提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度，流體就會(huì)在慣性作用下加大流動(dòng)速度，從而導(dǎo)致漏失量變大，最終增大誤差。所以，流量計(jì)在正常工作時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)出口壓力進(jìn)行有效的控制，才能從根本上確保漏失量始終處于最小的狀態(tài)。

4）隨流體黏度變化，漏失量也會(huì)隨著改變。若流體的黏度較大，那么其漏失量就會(huì)較??；而流體的黏度較小，那么其漏失量就會(huì)較大。所以在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)確保所檢測(cè)的流體與實(shí)際流體的黏度相同，否則就會(huì)影響其誤差。若采用其它流體檢測(cè)，那么就應(yīng)確保其誤差不得大于流量計(jì)最大誤差的30%。在對(duì)液體流量檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，所采用的流體主要是水。然而液體容積式流量計(jì)在實(shí)際使用中并非檢測(cè)水流量，而是石油流量。水和石油之間的密度相差較大，水的黏度相對(duì)較低，勢(shì)必會(huì)增加漏失量，其所得出的誤差就會(huì)大于實(shí)際誤差。所以，必須加強(qiáng)對(duì)其黏度的修正。修正公式為：

其中：E為誤差；E1為流量計(jì)比實(shí)際黏度檢測(cè)誤差大的誤差；E2為流量計(jì)比實(shí)際粘度檢測(cè)誤差小的誤差；μ為實(shí)際流體的黏度；μ1為大于實(shí)際流體的黏度；μ2為小于實(shí)際流體的黏度。

從公式（2）可以看出，關(guān)鍵就在于不同黏度流體的綜合使用，而這就對(duì)檢測(cè)人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平要求較高，且難以完成。因此，在檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)盡可能地確保所檢測(cè)流體與實(shí)際流體一致，才能更好地降低漏失量，降低誤差[2]。

3 液體容積式流量計(jì)漏失量引起的誤差

為了更好地降低漏失量引起的誤差，就必須加強(qiáng)對(duì)誤差的計(jì)算，從而結(jié)合確定的誤差采取針對(duì)性的措施予以應(yīng)對(duì)。

3.1 精準(zhǔn)計(jì)算漏失量引起的誤差

漏失是因?yàn)榇嬖陂g隙所導(dǎo)致，而且漏失量的大小與間隙寬度的三次方成正比。在計(jì)算漏失量引起的誤差時(shí)，應(yīng)利用公式（3）進(jìn)行計(jì)算。

其中：qv為流體的流量；qs為單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)流量計(jì)的漏失量；v為流體通過(guò)流量計(jì)從間隙中所漏失體的體積。

由此可見(jiàn)，由于轉(zhuǎn)子比與計(jì)量室的容積不變，流量計(jì)誤差主要來(lái)源于漏失量。

3.2 降低誤差

當(dāng)?shù)贸雎┦Я恳鸬恼`差之后，應(yīng)采取有效的措施，從以下幾方面切實(shí)加強(qiáng)對(duì)誤差的控制。

1）由于液體容積式流量計(jì)在測(cè)量中勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生誤差，所以誤差不可能完全消除，但是我們可以采取一定的措施，降低誤差，最大限度的提高測(cè)量的精準(zhǔn)度。而加強(qiáng)對(duì)其的維護(hù)就是一項(xiàng)十分重要的措施，這就需要科學(xué)使用，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)其的維護(hù)，尤其是新裝的流量計(jì)量系統(tǒng)，必須確保其安裝準(zhǔn)確，并開(kāi)展試運(yùn)行工作。在流量計(jì)的閥門(mén)關(guān)閉之前，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)安裝的方向，針對(duì)性的打開(kāi)管道的閥門(mén)。若計(jì)量系統(tǒng)水平安裝，那就應(yīng)將旁通管路閥門(mén)打開(kāi)；若計(jì)量系統(tǒng)垂直安裝，那么就應(yīng)將主管線(xiàn)閥門(mén)打開(kāi)。確保流體通過(guò)所打開(kāi)閥門(mén)的管道中流通，從而在沖洗管道雜物的同時(shí)平衡流量計(jì)的進(jìn)出口壓力。

2）在運(yùn)行過(guò)程中，若實(shí)液掃線(xiàn)工作完成，此時(shí)管道內(nèi)殘留的空氣較多，油需要加壓運(yùn)行才能進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。此時(shí)管道內(nèi)的空氣就會(huì)以很高的速度通過(guò)流量計(jì)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)速度過(guò)快、超量程計(jì)量等情況，使得軸與軸承被損傷。所以在一開(kāi)始時(shí)，就應(yīng)緩慢地增加流量，確?？諝饧皶r(shí)排除。

3）液流從旁路管轉(zhuǎn)入儀表時(shí)，啟閉要緩慢，特別在高溫高壓管線(xiàn)上更應(yīng)注意。

4）用于高黏度液體，一般經(jīng)加熱后使之流動(dòng)。當(dāng)儀表停用后，其內(nèi)部液體冷卻而變稠，再啟用時(shí)必須先加熱待液體黏度降低后才讓液體流過(guò)儀表，否則會(huì)咬住活動(dòng)測(cè)量元件使儀表?yè)p壞。使用容積式流量計(jì)時(shí)，因容積式流量計(jì)的慣性作用，急劇流量變化將產(chǎn)生較大附加慣性力，使轉(zhuǎn)子損壞[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

液體容積式流量計(jì)漏失量引起的誤差只能降低不能消除，誤差的存在勢(shì)必會(huì)影響測(cè)量的精準(zhǔn)性。測(cè)量人員必須想方設(shè)法降低漏失量，從而降低誤差，提高測(cè)量的精準(zhǔn)性。加強(qiáng)流量計(jì)的維護(hù)；若掃線(xiàn)工作完成，要緩慢地增加流量，確保空氣及時(shí)排除；液流從旁路管轉(zhuǎn)入儀表時(shí)，啟閉要緩慢；對(duì)于高黏度液體，要加熱后再使用。

[1]楊懷德，柴奇勇.液體容積式流量計(jì)的誤差特性及使用注意事項(xiàng)[J].工業(yè)計(jì)量，2006（增 2）：71-73.

[2]程競(jìng)豪.液體容積式流量計(jì)漏失引起的誤差分析[J].科技傳播，2011（9）：96-97.

[3]王永忠.液體容積式流量計(jì)的漏流量變化原因分析[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2010，37（4）：47-48.

[4]洪生偉.計(jì)量管理[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2012.

[5]虞慶文.腰輪流量計(jì)在油品計(jì)量中的誤差分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2004,23（3）：48-49.