圓柱齒輪流量計(jì)屬于高精度、耐高壓容積式流量儀表，在國防科技工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，且多應(yīng)用于高壓液壓系統(tǒng)。 以往由于計(jì)量條件所限，圓柱齒輪流量計(jì)多在低壓狀態(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)存在偏差。 新建成的高壓液壓油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用靜態(tài)質(zhì)量法測(cè)量原理，***高工作壓力達(dá)到 28MPa，利用該裝置對(duì)圓柱齒輪流量計(jì)進(jìn)行變壓力測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了開展高壓液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置及相關(guān)測(cè)試技術(shù)研究的必要性。

0.引言

一般工程應(yīng)用中，大多場(chǎng)合假定液體是不可壓縮的，但在高壓狀態(tài)下就必須考慮壓縮性。 另外，液體壓力的變化還會(huì)對(duì)流量儀表本身的性能造成復(fù)雜影響，簡(jiǎn)單的壓力換算通常難以獲得真實(shí)的數(shù)據(jù)。

我站作為國防科技工業(yè)大流量專業(yè)計(jì)量站，承擔(dān)了“ 十二五” 國防科技工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)類科研項(xiàng)目———高壓液壓油流量標(biāo)準(zhǔn)，于 201４ 年研制出國防科技工業(yè)系統(tǒng)首臺(tái)采用 15 號(hào)航空液壓油為工作

介質(zhì)的高壓液壓油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。 經(jīng)測(cè)試裝置工作壓力達(dá)到 28MPa;流量范圍:0. 01 ~ 5m3 / h;介質(zhì)***高工作溫度達(dá) 80℃ 。 裝置建成后，我們選取圓柱齒輪流量計(jì)作為測(cè)試樣件在該裝置上進(jìn)行了一系列變壓測(cè)試。 文章介紹裝置工作原理、測(cè)試方法、測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。

1.裝置原理

裝置工作原理簡(jiǎn)圖如圖 1 所示。

工作介質(zhì)吸入高壓液壓泵，利用變頻控制器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將液壓油泵出口的流量調(diào)節(jié)到所需流量。 經(jīng)過高壓液壓泵后，介質(zhì)被加壓，通過高壓主回路和旁通回路上的流量調(diào)節(jié)閥配合調(diào)節(jié)，得到高壓主實(shí)驗(yàn)回路上的設(shè)定流量，然后根據(jù)液壓泵出口壓力決定于負(fù)載大小的原理特性，通過調(diào)節(jié)比例負(fù)載閥組進(jìn)行加載，來調(diào)節(jié)被檢流量計(jì)處的壓力，使壓力達(dá)到要求即可進(jìn)行壓力模擬校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。然后，流體通過管路和過濾器等進(jìn)行減壓，達(dá)到常壓狀態(tài)即可進(jìn)入低壓回路，通過換向系統(tǒng)進(jìn)入稱重系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)稱重和計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后稱重放油閥放油，介質(zhì)回到主油箱完成循環(huán)。 測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)稱重系統(tǒng)采集的油液質(zhì)量 m 和稱重計(jì)時(shí)系統(tǒng)采集的時(shí)間間隔 t，即可計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量 qm ，通過換算即可得到標(biāo)準(zhǔn)體積流量 qV 。 以標(biāo)準(zhǔn)流量 qV 與被校流量計(jì)相應(yīng)的指示流量 q 相比較，即可確定被校流量計(jì)的誤差，也可以計(jì)算被校流量計(jì)的系數(shù) K、線性度及重復(fù)性等參數(shù)， 從而達(dá)到校準(zhǔn)流量計(jì)的目的。 另外，裝置中設(shè)置有電加熱系統(tǒng)和水冷卻系統(tǒng)可用于介質(zhì)的變溫。

2.變壓測(cè)試

圓柱齒輪流量計(jì)屬于精密容積式流量儀表，具有精度高( 優(yōu)于 0. 3% ) 、量程比寬( 達(dá) 1000：1) 、耐高壓( 達(dá) 32MPa) 等優(yōu)點(diǎn)。 項(xiàng)目選取齒輪流量計(jì)型號(hào)為 VS2 GPO12V、編號(hào) 0４0 / 09 / 190，選擇不同的流量點(diǎn)進(jìn)行變壓實(shí)驗(yàn)，每個(gè)流量點(diǎn)測(cè)試次數(shù)為 3 次。測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)后按照以下公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

每次測(cè)量的儀表系數(shù) Kij :

Kij =Nij / Vij (1)

式中:Kij 為第 i 檢定點(diǎn)第 j 次檢定的系數(shù)，(m3 ) － 1 或Ｌ－ 1 ;Nij 為第 i 檢定點(diǎn)第 j 次檢定時(shí)流量計(jì)顯示儀表

測(cè)得的脈沖數(shù);Vij 為第 i 檢定點(diǎn)第 j 次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)得的實(shí)際體積( 經(jīng)過換算后的體積) ，m3 或Ｌ;i=1，2，…，m，m 為檢定點(diǎn)點(diǎn)數(shù)，m≥3;j=1，2，…，n， n 為檢定次數(shù)，n≥3。

每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的平均儀表系數(shù) Ki :=

選擇流量點(diǎn) 0. 71m3 / h 和 3m3 / h，分別在常溫下將系統(tǒng)壓力依次調(diào)至 28MPa、20MPa、10MPa 及***小壓力下進(jìn)行測(cè)試。 并對(duì)壓力修正前后數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，測(cè)試數(shù)據(jù)如表 1 ~ 表４ 所示。

測(cè)試環(huán)境溫度:23. 1 ℃ ; 相對(duì)濕度:1４. 3 %RＨ;大氣壓力:101930Pa。

另外，為了驗(yàn)證進(jìn)行變壓實(shí)驗(yàn)的必要性， 即驗(yàn)證通過簡(jiǎn)單的壓力換算是否可以準(zhǔn)確得到流量儀表在高壓狀態(tài)下的性能參數(shù)， 取 15 號(hào)航空液壓油壓縮系數(shù) 6. 67 × 10 － ４MPa － 1 。換算公式如下：

Kh =Kl (1 － kp)               （4）

式中:Kh 為換算得到的儀表系數(shù)，1 / Ｌ;Kl  為低壓狀態(tài)下實(shí)測(cè)得到的儀表系數(shù)，1 / Ｌ;k 為 15 號(hào)航空液壓油壓縮系數(shù)，6. 67 × 10 － ４ MPa － 1 ;p 為實(shí)際工作壓力相對(duì)低壓的變化量，MPa。經(jīng)過計(jì)算，現(xiàn)將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和換算數(shù)據(jù)對(duì)比如表5所示。

3 .測(cè)試數(shù)據(jù)分析

從表 1 至表４ 可以看出，無論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力修正與否，同量點(diǎn)下，流量計(jì)儀表系數(shù)隨著壓力的升高均有明顯變化，且均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，流量計(jì)均能保持良好的重復(fù)性。

壓力修正后數(shù)據(jù)顯示在 0. 71m3 / h 和 3m3 / h 流量下:裝置壓力從 0. 8MPa 上升到 28MPa，儀表系數(shù)變化率分別為 0. 8% 和 0. 5% 。

壓力修正前數(shù)據(jù)顯示在 0. 71m3 / h 和 3m3 / h 流量下:裝置壓力從 0. 8MPa 上升到 28MPa，儀表系數(shù)變化率分別為 2. 6% 和 2. 5% 。

從表 5 可以看出，雖然實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和換算數(shù)據(jù)都采用了相同液壓油壓縮系數(shù)，但實(shí)測(cè)儀表系數(shù)和換算得到的儀表系數(shù)存在明顯的差異，換算儀表系數(shù)均比實(shí)測(cè)值要小，且差異隨壓力增加而增加，28MPa下***大相對(duì)誤差達(dá)到了 1. 2% 的級(jí)別， 即使是10MPa 下***大相對(duì)誤差也達(dá)到了 0. 3% 的級(jí)別。 很明顯對(duì)于 0. 3 級(jí)的精密齒輪流量計(jì)或 0. 5 級(jí)高精度流量計(jì)甚至 1. 0 級(jí)普通液體流量計(jì)，1. 2% 級(jí)別相對(duì)誤差顯然是不可忽略的。 根據(jù)以上結(jié)果，可以初步得到如下結(jié)論:

1) 裝置流體壓力的變化會(huì)直接影響到儀表的性能參數(shù);

2) 流量變化對(duì)儀表系數(shù)變化率影響不大，即儀表系數(shù)變化規(guī)律在較寬或全量程流量范圍內(nèi)表現(xiàn)接近。

3) 該型儀表隨著壓力的升高儀表系數(shù)均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，但壓力修正前、后儀表系數(shù)變化率呈現(xiàn)明顯差異;其中進(jìn)行壓力修正后的儀表系數(shù)變化率很小，即儀表核心參數(shù)( 儀表系數(shù)) 受壓力變化影響小，表現(xiàn)更穩(wěn)定;

４) 進(jìn)行變壓實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，液體壓縮本身的影響不能忽略，必須同時(shí)進(jìn)行壓力修正;

5) 壓力變化不僅意味著液體本身的壓縮，儀表本身性能也會(huì)隨壓力變化而變化;簡(jiǎn)單的壓力換算相對(duì)于實(shí)測(cè)值存在較大的、不能忽略的誤差，通過壓力換算不能得到高壓流量儀表的真實(shí)性能參數(shù)，流量計(jì)工況壓力較高時(shí)( 比如壓力≥10MPa，具體每種流量計(jì)臨界壓力有待進(jìn)一步驗(yàn)證) 有必要進(jìn)行變壓模擬實(shí)驗(yàn)。

4.結(jié)束語

通過實(shí)際測(cè)試，該型流量計(jì)在不同壓力下性能指標(biāo)有著明顯差異，采用簡(jiǎn)單的壓力換算和修正僅能消除液體本身壓縮所帶來的部分影響，而無法消除儀表本身性能的變化量。 從測(cè)試結(jié)果判斷:被測(cè)流量計(jì)的儀表系數(shù)隨壓力升高而減小且基本呈線性變化，這很可能是由于壓力升高導(dǎo)致該流量計(jì)內(nèi)部配合間隙增大，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)泄漏增大，直觀表現(xiàn)即儀表系數(shù)減小。 測(cè)試結(jié)果與原理分析是一致的。

當(dāng)然，由于測(cè)試結(jié)果覆蓋面有限，該規(guī)律在其它種類流量儀表是否適用有待進(jìn)一步驗(yàn)證。 但可以肯定的是，由于各類流量儀表原理、結(jié)構(gòu)及材質(zhì)的差別，壓力變化對(duì)其性能的影響必將千差萬別，這也正是進(jìn)行變壓力模擬測(cè)試本身的意義所在。 更多的規(guī)律有待更多的試驗(yàn)驗(yàn)證和總結(jié)，把有規(guī)律的現(xiàn)象總結(jié)出來，把無規(guī)律的數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)出來并加以分類將成為后續(xù)相關(guān)測(cè)試工作的方向。