容積式流量計具有功能穩(wěn)定、精確度高、量程寬、測量范圍大等優(yōu)點，因此廣泛地用于工業(yè)的流量計量，并且作為貿(mào)易結(jié)算的計量器具。

容積式流量計的計量原理是利用機械測量的元件把液體連續(xù)地分隔成單位體積然后進行累加計算總量而實現(xiàn)流體的計量。

容積式流量計的工作過程如下：流體持續(xù)地充滿固定容積的計量儀器,然后將這部分流體持續(xù)的通道出口。在一次測量的過程中，我們通過記錄這個過程持續(xù)的次數(shù)，然后再乘以計量儀器的容積，就得到了流過的液體的總量。

液體容積式流量計的漏流

我們首先從容積式流量計的結(jié)構(gòu)出發(fā)，由于該流量計的計量空間是機械裝置組合而成的,每一個部件都是運動的，這就導(dǎo)致部件之間存在間隙。因此，就會導(dǎo)致漏流。

式中：E 一 流量計的誤差； V——流量計的計量空間體積 ；

α一 流量計的齒輪比常數(shù) ；

Δg一漏流量；q——檢測時的流量 。

從公式可見，由于計量空間體積和齒輪比常數(shù)均為定值，所流量計的誤差和流量之間的關(guān)系是受單位時間內(nèi)漏流量的影響的。因此了解漏流量變化的原因?qū)?提高液體容積式流量計檢測準(zhǔn)確度的是很有必要的 。

引起漏流量改變的因素

1、機械磨損引起的漏流

新的流量計在使用一段時間后，經(jīng)過磨合，齒輪間隙適合，漏流量一般是很小的。但是流量計在使用一定的年限以后，齒輪由于磨損，導(dǎo)致齒輪間間隙增大，漏流量也就隨之變大。因此，對于頻繁使用的容積式流量計要經(jīng)常進行檢查，檢查后對磨損比較嚴(yán)重的齒輪要進行更換，這樣才能保證流量計正常工作。

2、溫度對漏流量的影響

我們都知道，溫度可以使物體熱脹冷縮，同理，對于流量計，當(dāng)溫度上升的時候，流量計的齒輪間隙會變得更大，流量計的漏流量就會上升。另外，在考慮漏流量的時候，我們還應(yīng)考慮到溫度上升引起的計量空間的增大，以及流體介質(zhì)受溫度影響體積膨脹等因素。

3、壓差對漏流量的影響

當(dāng)流量計進出口之間的壓差比較小的時候，齒輪轉(zhuǎn)動的速度較低，這個時候的漏流量就比較大。當(dāng)進出口的壓力較大的時候，齒輪回轉(zhuǎn)的力矩較大，轉(zhuǎn)速很高，漏流量也會變大，這個時候的誤差也較大。因此，正常工作的時候，應(yīng)該講出入口的壓力控制在合適的波動范圍里，容積式流量計的漏流量才能保持在最小。

4、流體的粘度對漏流量的影響

流體的粘度發(fā)生改變的時候，漏流量也會發(fā)生顯著的改變，粘度變大的時候，漏流量減小，粘度減小的時候，漏流量則會相應(yīng)的變大。因此，JJG667也規(guī)定了檢測用的流體和實際使用的流體的粘度應(yīng)該一致。如果使用其他的流體進行檢測，則應(yīng)該注意我們使用的流體的誤差不能超過該流量計誤差限的0.3.

現(xiàn)在使用的液體流量檢測裝置一般都是使用水來檢測，但是液體容積式流量計一般都是用在石油行業(yè)中，油和水的密度相差甚大，這就導(dǎo)致由于水的粘度較低使得漏流量會變大，流量計計量的誤差負(fù)偏。這個時候我們就必須對粘度進行修正后在使用。我們可以使用下面的公式進行修正。

E=E2+（E1-E2）×μ1×（μ-μ2）/[μ×（μ1- μ2）]

式中：E為流量計實際使用的時候的誤差；

E1為流量計大于實際粘度檢測所得的誤差；

E2為流量計小于實際粘度檢測所得的誤差；

μ為實際使用的流體粘度，mPa?s；

μ1為大于實際粘度的檢測流體的粘度，mPa?s；

μ2為小于實際粘度的檢測流體的粘度，mPa?s。

上式是在粘度和容積式流量計漏流量的關(guān)系成反比例的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的，從這個式子我們發(fā)現(xiàn)，在檢測的過程中必須用到多種不同粘度的流體，這對于一般的檢測機構(gòu)來說有些困難。因此，現(xiàn)在解決這個問題的最好的辦法就是現(xiàn)場提取流體進行檢測，這樣的話就能夠最大程度的使檢查流體和實際流體粘度一致，從而使漏流量的結(jié)果更加精確。

漏流量引起的誤差的計算

上面我們分開討論了各種因素對漏流量的影響，現(xiàn)在我們將這些因素結(jié)合起來討論。

我們知道，漏流量的形成是由于間隙引起的，間隙中的流動我們可以看成是平面間的流動。因此我們可以假設(shè)，間隙的寬度為a,流動方向的長度是L，部件的厚度是H，前后端得壓力差為 Δp，流體的粘度為u。

于是，我們可以根據(jù)已知條件得出漏流量的方程為 q=C*a*a*a*b* Δp /L/u。從這個式子我們可以看出，漏流量的大小間隙寬度的立方成正比，和壓力差成反比。

因此，漏流量的大小隨間隙的變大而變大。另外，當(dāng)流量越大的時候，部件前后損失的壓力就越大，漏流量也就越大。基本誤差公式如下：

式中，qv為經(jīng)過流量計的流量；

qs為單位時間內(nèi)的漏流量；

V為體積為V的流體經(jīng)過容積式流量計的時候，從間隙中漏出的流體的體積；

a為齒輪比；

從上式我們可以看出，齒輪比和計量室的基本容積是不變的。流量計的誤差主要受漏流量的影響。

壓力差和粘度是影響單位時間內(nèi)的漏流量的主要因素。液體容積式流量計的工作原理是利用運動部件的重復(fù)運動來計量流體的體積的。在這個過程當(dāng)中，產(chǎn)生機械的摩擦力阻力。當(dāng)流體流過流量計的時候，還會產(chǎn)生由于粘滯力引起的流動阻力，因此，為了保證流量計的正常的運轉(zhuǎn)，流量計的進出口必須有一定的壓力差，壓力差使得流體克服摩擦阻力和流動阻力。這兒所說的壓力差，指的就是壓力損失。

差壓補償法提高容積式流量計測量精度

我們根據(jù)流體力學(xué)中泄漏的流量取決于壓差的基本原理，提出了一種差壓補償?shù)臏y量方法，即根據(jù)容積式流量計人口與出口的壓差來控制流量計轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，進而控制流量測量值，使流量計轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速緊隨壓差的變化自動調(diào)節(jié)。根據(jù) 這一思想，不需要提高容積式流量計的制造精度，也可以達到很高的測量精度，從而為探討容積式流量計的測量精度提供了思路 。

1、差壓補償測量法的工作原理

對于容積式流量計，通過它的流量一般用轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速表示，但是由于泄漏的存在，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速并不嚴(yán)格對應(yīng)實際流量。由流體力學(xué)原理知泄漏量 q 與流量計人 口和出口的壓差Δp的關(guān)系為：

式中 κ， m——與流量計結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)

A—— 間隙截面面積

只要控制流量計兩端的壓差Δp，就可控制泄漏量q，進而控制檢測精度，工作原理如圖所示 。

2、測量系統(tǒng)的設(shè)計

系統(tǒng)實現(xiàn)對流量計轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的實時控制，通過傳感器檢測出壓差Δ p，經(jīng)轉(zhuǎn)換放 大后送人單片機分析處理，然后驅(qū)動控制電機帶動流量計轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，使其轉(zhuǎn)速達到與實際流量相匹配的值。系統(tǒng)主要組成可分為：壓差檢測 、信號采集與轉(zhuǎn) 換、信號分析與處理及控制電機的驅(qū)動，如圖所示 。

（1）壓差檢測

壓差檢測模塊包括壓差傳感器和抗干擾轉(zhuǎn)換電路，功能是將流量計入口與出口的壓差ΔΡ轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號。首先采用電容式壓差傳感器將壓差ΔΡ轉(zhuǎn)換為 電容信號，電容式壓差傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、小型輕量 、精度高和互換性強等優(yōu)點，其工作原理是將壓差的變化轉(zhuǎn)換為電容極板相對位置的變化，從而改變電容量或容抗量；抗干擾轉(zhuǎn)換電路將電容量或容抗量的變化轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號，濾除干擾，從而達到非電量電測的目的。

液體流量變化的復(fù)雜性給壓差檢測提出了較高的要求，其輸出模擬電壓信號能 否實時準(zhǔn)確的反映壓差的變化是檢測的關(guān)鍵 。在精確測量中，壓差ΔΡ是時變的微小信號，易被各種干擾淹沒，必須提高信噪比，故電容轉(zhuǎn)換成電壓的電路需要進行抗干擾設(shè)計。平衡電路能夠很好地抑制共模，經(jīng)導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合到電路的噪聲干擾可加濾波器消除。壓差檢測電路的設(shè)計將影響到整個系統(tǒng)的精度 。

（2）信號采集與轉(zhuǎn)換

采用電壓放大電路和 A／D轉(zhuǎn)換電路，將模擬電壓信號放大并轉(zhuǎn)換成可被單片機 接收的數(shù)字信號 。

（3）信號的分析與處理

由單片機來分析信號，實施合適的控制策略 。

由于壓差ΔΡ控制系統(tǒng)的非線性 、時變不確定性和純滯后性，故很難獲得系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，采用模糊PID控制是較為理想的選擇。模糊PID控制將模糊決策理論和 PID控制結(jié)合起來，發(fā)揮兩者的優(yōu)點，這種 Fuzzy — PID復(fù)合型控制器， 將實踐積累的經(jīng)驗知識用控制規(guī)則模型化，然后運用推理便可對PID參數(shù)實現(xiàn)最佳調(diào)整，對復(fù)雜控制系統(tǒng)具有良好的控制效果 。其中，模糊控制規(guī)則確 定的原則是必須保證控制器的輸出能夠使系統(tǒng)輸出響應(yīng)動 、靜態(tài)的性能達到最佳，是控制性能實現(xiàn)的關(guān)鍵 。

模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖所示 。

（4）控制電機的驅(qū)動

單片機發(fā)出的控制信號驅(qū)動控制電機，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，使之與流量的實際值匹配。采用步進電機作為控制電機，因為步進電機可以接受數(shù)字信號，但不能直接接受 A/D轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖， 必須使用專用的驅(qū)動設(shè)計——步進電機驅(qū)動 器，步進電機和驅(qū)動器構(gòu)成了一個有機整體，其運行性能取決于兩者的密切配合 。

根據(jù)流量計結(jié)構(gòu)和測量誤差，結(jié)合傳感器技術(shù)和控制原理，提出用差壓補償法進行容積式流量計流量的測量，該方法不需改變原來流量計的結(jié) 構(gòu)，簡單易行， 通用性強，測量精度高，可廣泛應(yīng)用到各種要求較高的流量測量中。