圆柱齿轮流量计变压测试研究

圆柱齿轮流量计属于高精度、耐高压容积式流量仪表，在国防科技工业领域应用广泛，且多应用于高压液压系统。 以往由于计量条件所限，圆柱齿轮流量计多在低压状态下进行校准测试，测试数据存在偏差。 新建成的高压液压油流量标准装置采用静态质量法测量原理，***高工作压力达到 28MPa，利用该装置对圆柱齿轮流量计进行变压力测试，并对测试结果进行分析，验证了开展高压液体流量标准装置及相关测试技术研究的必要性。

0.引言

一般工程应用中，大多场合假定液体是不可压缩的，但在高压状态下就必须考虑压缩性。 另外，液体压力的变化还会对流量仪表本身的性能造成复杂影响，简单的压力换算通常难以获得真实的数据。

我站作为国防科技工业大流量专业计量站，承担了“ 十二五” 国防科技工业技术基础类科研项目———高压液压油流量标准，于 201４ 年研制出国防科技工业系统首台采用 15 号航空液压油为工作

介质的高压液压油流量标准装置。 经测试装置工作压力达到 28MPa;流量范围:0. 01 ~ 5m3 / h;介质***高工作温度达 80℃ 。 装置建成后，我们选取圆柱齿轮流量计作为测试样件在该装置上进行了一系列变压测试。 文章介绍装置工作原理、测试方法、测试数据，并对结果进行了分析。

1.装置原理

装置工作原理简图如图 1 所示。

工作介质吸入高压液压泵，利用变频控制器调节驱动电机的转速，将液压油泵出口的流量调节到所需流量。 经过高压液压泵后，介质被加压，通过高压主回路和旁通回路上的流量调节阀配合调节，得到高压主实验回路上的设定流量，然后根据液压泵出口压力决定于负载大小的原理特性，通过调节比例负载阀组进行加载，来调节被检流量计处的压力，使压力达到要求即可进行压力模拟校准实验。然后，流体通过管路和过滤器等进行减压，达到常压状态即可进入低压回路，通过换向系统进入称重系统，实现称重和计时，数据采集结束后称重放油阀放油，介质回到主油箱完成循环。 测控系统根据称重系统采集的油液质量 m 和称重计时系统采集的时间间隔 t，即可计算出标准质量流量 qm ，通过换算即可得到标准体积流量 qV 。 以标准流量 qV 与被校流量计相应的指示流量 q 相比较，即可确定被校流量计的误差，也可以计算被校流量计的系数 K、线性度及重复性等参数， 从而达到校准流量计的目的。 另外，装置中设置有电加热系统和水冷却系统可用于介质的变温。

2.变压测试

圆柱齿轮流量计属于精密容积式流量仪表，具有精度高( 优于 0. 3% ) 、量程比宽( 达 1000：1) 、耐高压( 达 32MPa) 等优点。 项目选取齿轮流量计型号为 VS2 GPO12V、编号 0４0 / 09 / 190，选择不同的流量点进行变压实验，每个流量点测试次数为 3 次。测得相关数据后按照以下公式进行数据处理，并进行实验数据分析。

每次测量的仪表系数 Kij :

Kij =Nij / Vij (1)

式中:Kij 为第 i 检定点第 j 次检定的系数，(m3 ) － 1 或Ｌ－ 1 ;Nij 为第 i 检定点第 j 次检定时流量计显示仪表

测得的脉冲数;Vij 为第 i 检定点第 j 次检定时标准装置测得的实际体积( 经过换算后的体积) ，m3 或Ｌ;i=1，2，…，m，m 为检定点点数，m≥3;j=1，2，…，n， n 为检定次数，n≥3。

每个测试点的平均仪表系数 Ki :=

选择流量点 0. 71m3 / h 和 3m3 / h，分别在常温下将系统压力依次调至 28MPa、20MPa、10MPa 及***小压力下进行测试。 并对压力修正前后数据进行实验对比，测试数据如表 1 ~ 表４ 所示。

测试环境温度:23. 1 ℃ ; 相对湿度:1４. 3 %RＨ;大气压力:101930Pa。

另外，为了验证进行变压实验的必要性， 即验证通过简单的压力换算是否可以准确得到流量仪表在高压状态下的性能参数， 取 15 号航空液压油压缩系数 6. 67 × 10 － ４MPa － 1 。换算公式如下：

Kh =Kl (1 － kp)               （4）

式中:Kh 为换算得到的仪表系数，1 / Ｌ;Kl  为低压状态下实测得到的仪表系数，1 / Ｌ;k 为 15 号航空液压油压缩系数，6. 67 × 10 － ４ MPa － 1 ;p 为实际工作压力相对低压的变化量，MPa。经过计算，现将实测数据和换算数据对比如表5所示。

3 .测试数据分析

从表 1 至表４ 可以看出，无论实验数据进行压力修正与否，同量点下，流量计仪表系数随着压力的升高均有明显变化，且均呈现减小趋势，流量计均能保持良好的重复性。

压力修正后数据显示在 0. 71m3 / h 和 3m3 / h 流量下:装置压力从 0. 8MPa 上升到 28MPa，仪表系数变化率分别为 0. 8% 和 0. 5% 。

压力修正前数据显示在 0. 71m3 / h 和 3m3 / h 流量下:装置压力从 0. 8MPa 上升到 28MPa，仪表系数变化率分别为 2. 6% 和 2. 5% 。

从表 5 可以看出，虽然实测数据和换算数据都采用了相同液压油压缩系数，但实测仪表系数和换算得到的仪表系数存在明显的差异，换算仪表系数均比实测值要小，且差异随压力增加而增加，28MPa下***大相对误差达到了 1. 2% 的级别， 即使是10MPa 下***大相对误差也达到了 0. 3% 的级别。 很明显对于 0. 3 级的精密齿轮流量计或 0. 5 级高精度流量计甚至 1. 0 级普通液体流量计，1. 2% 级别相对误差显然是不可忽略的。 根据以上结果，可以初步得到如下结论:

1) 装置流体压力的变化会直接影响到仪表的性能参数;

2) 流量变化对仪表系数变化率影响不大，即仪表系数变化规律在较宽或全量程流量范围内表现接近。

3) 该型仪表随着压力的升高仪表系数均呈现减小趋势，但压力修正前、后仪表系数变化率呈现明显差异;其中进行压力修正后的仪表系数变化率很小，即仪表核心参数( 仪表系数) 受压力变化影响小，表现更稳定;

４) 进行变压实验的同时，液体压缩本身的影响不能忽略，必须同时进行压力修正;

5) 压力变化不仅意味着液体本身的压缩，仪表本身性能也会随压力变化而变化;简单的压力换算相对于实测值存在较大的、不能忽略的误差，通过压力换算不能得到高压流量仪表的真实性能参数，流量计工况压力较高时( 比如压力≥10MPa，具体每种流量计临界压力有待进一步验证) 有必要进行变压模拟实验。

4.结束语

通过实际测试，该型流量计在不同压力下性能指标有着明显差异，采用简单的压力换算和修正仅能消除液体本身压缩所带来的部分影响，而无法消除仪表本身性能的变化量。 从测试结果判断:被测流量计的仪表系数随压力升高而减小且基本呈线性变化，这很可能是由于压力升高导致该流量计内部配合间隙增大，进而导致内泄漏增大，直观表现即仪表系数减小。 测试结果与原理分析是一致的。

当然，由于测试结果覆盖面有限，该规律在其它种类流量仪表是否适用有待进一步验证。 但可以肯定的是，由于各类流量仪表原理、结构及材质的差别，压力变化对其性能的影响必将千差万别，这也正是进行变压力模拟测试本身的意义所在。 更多的规律有待更多的试验验证和总结，把有规律的现象总结出来，把无规律的数据实测出来并加以分类将成为后续相关测试工作的方向。