圓柱齒輪流量計屬于高精度、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)。 以往由于計量條件所限，圓柱齒輪流量計多在低壓狀態(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn)測試，測試數(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)量法測量原理，***高工作壓力達(dá)到 28MPa，利用該裝置對圓柱齒輪流量計進(jìn)行變壓力測試，并對測試結(jié)果進(jìn)行分析，驗證了開展高壓液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置及相關(guān)測試技術(shù)研究的必要性。

0.引言

一般工程應(yīng)用中，大多場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對流量儀表本身的性能造成復(fù)雜影響，簡單的壓力換算通常難以獲得真實的數(shù)據(jù)。

我站作為國防科技工業(yè)大流量專業(yè)計量站，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)首臺采用 15 號航空液壓油為工作

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作為測試樣件在該裝置上進(jìn)行了一系列變壓測試。 文章介紹裝置工作原理、測試方法、測試數(shù)據(jù)，并對結(jié)果進(jìn)行了分析。

1.裝置原理

裝置工作原理簡圖如圖 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)，得到高壓主實驗回路上的設(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)實驗。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)，實現(xiàn)稱重和計時，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 和稱重計時系統(tǒng)采集的時間間隔 t，即可計算出標(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 與被校流量計相應(yīng)的指示流量 q 相比較，即可確定被校流量計的誤差，也可以計算被校流量計的系數(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.變壓測試

圓柱齒輪流量計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。 項目選取齒輪流量計型號為 VS2 GPO12V、編號 0４0 / 09 / 190，選擇不同的流量點進(jìn)行變壓實驗，每個流量點測試次數(shù)為 3 次。測得相關(guān)數(shù)據(jù)后按照以下公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)分析。

每次測量的儀表系數(shù) Kij :

Kij =Nij / Vij (1)

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

測得的脈沖數(shù);Vij 為第 i 檢定點第 j 次檢定時標(biāo)準(zhǔn)裝置測得的實際體積( 經(jīng)過換算后的體積) ，m3 或Ｌ;i=1，2，…，m，m 為檢定點點數(shù)，m≥3;j=1，2，…，n， n 為檢定次數(shù)，n≥3。

每個測試點的平均儀表系數(shù) Ki :=

選擇流量點 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)行測試。 并對壓力修正前后數(shù)據(jù)進(jìn)行實驗對比，測試數(shù)據(jù)如表 1 ~ 表４ 所示。

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

另外，為了驗證進(jìn)行變壓實驗的必要性， 即驗證通過簡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)下實測得到的儀表系數(shù)，1 / Ｌ;k 為 15 號航空液壓油壓縮系數(shù)，6. 67 × 10 － ４ MPa － 1 ;p 為實際工作壓力相對低壓的變化量，MPa。經(jīng)過計算，現(xiàn)將實測數(shù)據(jù)和換算數(shù)據(jù)對比如表5所示。

3 .測試數(shù)據(jù)分析

從表 1 至表４ 可以看出，無論實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力修正與否，同量點下，流量計儀表系數(shù)隨著壓力的升高均有明顯變化，且均呈現(xiàn)減小趨勢，流量計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，雖然實測數(shù)據(jù)和換算數(shù)據(jù)都采用了相同液壓油壓縮系數(shù)，但實測儀表系數(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)均比實測值要小，且差異隨壓力增加而增加，28MPa下***大相對誤差達(dá)到了 1. 2% 的級別， 即使是10MPa 下***大相對誤差也達(dá)到了 0. 3% 的級別。 很明顯對于 0. 3 級的精密齒輪流量計或 0. 5 級高精度流量計甚至 1. 0 級普通液體流量計，1. 2% 級別相對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直接影響到儀表的性能參數(shù);

2) 流量變化對儀表系數(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，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)行變壓實驗的同時，液體壓縮本身的影響不能忽略，必須同時進(jìn)行壓力修正;

5) 壓力變化不僅意味著液體本身的壓縮，儀表本身性能也會隨壓力變化而變化;簡單的壓力換算相對于實測值存在較大的、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性能參數(shù)，流量計工況壓力較高時( 比如壓力≥10MPa，具體每種流量計臨界壓力有待進(jìn)一步驗證) 有必要進(jìn)行變壓模擬實驗。

4.結(jié)束語

通過實際測試，該型流量計在不同壓力下性能指標(biāo)有著明顯差異，采用簡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。 從測試結(jié)果判斷:被測流量計的儀表系數(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。 測試結(jié)果與原理分析是一致的。

當(dāng)然，由于測試結(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)行變壓力模擬測試本身的意義所在。 更多的規(guī)律有待更多的試驗驗證和總結(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)實測出來并加以分類將成為后續(xù)相關(guān)測試工作的方向。