气体腰轮流量计转子自重对测量结果的影响

暴冰 范珍星 邹君臣 张家铭 / 河南省计量科学研究院

0 引言

气体腰轮流量计（气体罗茨流量计）作为容积式计量仪表已有一百多年的历史，以其准确度高、量程范围宽、体积小、质量轻、安装维修方便、使用可靠及使用寿命长等特点，广泛应用于天然气、煤层气、惰性气体、空气等气体的流量计量，是国内外城市燃气、油田化工、科学研究等部门理想的流量计量装置[1]。其工作原理主要是流量计内部设计有构成一定容积的空间，转子每转动一周排出的气体体积是一定的，当被测气体流经流量计时，气体的动压力使进出口之间形成一个压差从而推动转子转动[2]。通过转子转动次数的测量得到该空间的体积。根据单位时间内测得的转子的转动次数，可以得到瞬时流量，这就是气体腰轮流量计的测量原理。因此气体腰轮流量计的计量主要靠转子的转动来实现，转子的转动灵活与否将直接影响到流量计的计量准确度。在实际使用中，通常要求气体腰轮流量计垂直安装（又称上进下出），在特殊情况下可采取水平安装（又称左进右出），从而保证其转子水平于地面，以减小由于转子自重引入的误差[3]。然而某些场合由于安装不当或者现场安装条件不合适，难以满足转子水平于地面的安装要求。本文基于气体腰轮流量计的转子水平于地面安装和垂直于地面安装两种安装方式进行实验，研究得出转子自重对于测量结果的影响量大小。

1 动态法检定原理及典型实验装置

基本实验方法就是用管道将被测流量计和标准器两者串联起来，在流过一定量的气体时，比较两者的指示量而得到其示值误差。气体在规定流量下流经被测流量计，同步累计流过流量计和标准器的气体体积、时间、脉冲等初态值；当流过流量计的气体达到给定气量时，同时停止累计；比较两者的指示量，以及检测期间记录的温度、压力、湿度等参数，按规定的计算公式计算得到流量计的示值误差。动态法检定为容积式流量计的首选检定方法，典型的试验装置就是音速喷嘴气体流量标准装置[4]。

2 仪表系数测量[5]

对输出频率信号的流量计，每一流量点单次检定的流量计系数计算公式为

式中：Kij——第i流量点，第j次检定的系数，1/m3或1/L；

Nij——第i流量点，第j次检定的脉冲数；

Qij——第i流量点，第j次检定的值

检定流量点的平均系数Ki按式（2）计算：

式中：Ki——流量点的平均系数，1/m3或1/L；

n——测量次数

流量计的平均系数按式（3）计算：

式中：K——平均流量计系数，1/m3或1/L；

（Ki）max——各流量点的平均系数Ki中最大值，1/m3或1/L；

（Ki）min——各流量点的平均系数Ki中最小值，1/m3或1/L

3 实验方法和过程

目前常用的气体腰轮流量计口径范围是DN50～DN150，为保证实验的普遍性，分别选取DN50和DN150两种口径的气体腰轮流量计作为实验对象，其中DN50口径选取了两台不同生产厂家的流量计。本实验平台为负压法音速喷嘴气体流量标准装置，使用空气作气源，气体先后经过被测气体腰轮流量计及喷嘴，状态没有经过剧变（压缩），大气湿度可以测知，通过软件进行修正[6-8]。实验前首先进行密封性检查，确保流量计及检定系统中的测温、测压仪器以及各连接管路在检定压力具有良好的气密性[9-10]，严格按照JJG 633-2005《气体容积式流量计》进行实验，实验测量流量点为Qmax（最大流量）、0.4Qmax、0.2Qmax和Qmin（最小流量），每一流量点测量三次。

安装方式一，由于转子水平于地面，可替代常用的气体腰轮流量计使用现场左进右出的安装方式（由于上进下出的安装方式与左进右出相同，均为转子水平与地面，不再做实验）。

安装方式二，是转子垂直于地面，可替代实际使用中的一些安装不当的场合或者难以满足转子水平安装要求的场合。因此，由于气体腰轮流量计安装不当或者转子不能水平安装等原因造成的计量误差，可由实验中转子垂直安装得到仪表系数相对于水平安装得到仪表系数的变化量δ来模拟，按式（4）计算

式中：K垂直——转子垂直于地面安装时每一流量点单次检定的系数，1/m3或1/L；

K水平——转子水平于地面安装时每一流量点单次检定的系数，1/m3或1/L

4 实验结果

整理实验数据汇总，如表1、图1-3所示。

表1 三台腰轮流量计测量数据对比

图1 DN50腰轮流量计1转子安装方式变化对比

图2 DN50腰轮流量计2转子安装方式变化对比

图3 DN150腰轮流量计3转子安装方式变化对比

综合实验数据可得，在音速喷嘴气体流量标准装置上采用两种安装方式对被检气体腰轮流量计进行实验，根据DN50腰轮流量计1的实验数据得出两种安装方式造成的影响量不超过0.26%，根据DN50腰轮流量计2的实验数据得出两种安装方式造成的影响量不超过0.24%，根据DN150腰轮流量计3的实验数据得出两种安装方式造成的影响量不超过0.28%。由于转子垂直于地面安装造成的自重大于转子水平于地面安装，因此转子垂直于地面安装测量得到的仪表系数普遍偏小。

5 结语

实验表明：气体腰轮流量计现场安装中采用转子水平于地面安装方式和垂直于地面的安装方式，造成的测量误差不超过0.30%，同时转子垂直于地面安装测量得到的仪表系数普遍偏小，即由于安装不当或者安装现场条件不适合等原因造成的计量误差不超过-0.30%。

实验结论：气体腰轮流量计转子自重对测量结果的影响量不超过0.30%。