气体罗茨流量计常用试验方法探讨

本文根据气体罗茨流量计目前的检定、校准现状，针对机械式、智能式及智能综合式气体罗茨流量计不同的信号输出方式，探讨了六种常用的试验方法，并给出计算实例。力求能为计量检定机构的检测人员提供有益的技术参考，以达到提高工作效率，减少工作失误的目的。

引言

气体罗茨流量计( 又叫气体腰轮流量计) ，有着量程比宽、准确度高、计量负载能力强等优点，广泛应用于各大工业领域( 如天然气贸易计量) 中，因此，它的计量准确性及可靠性近年来越来越受到供需双方的重视，因此安装前及使用中的周期检定或校准显得尤为重要。检定或校准工作必须由有资质的技术机构来完成，然而，由于气体罗茨流量计类型多样，信号输出情况较为复杂，试验人员在选择试验方法时往往感觉无从下手，甚至产生操作失误，影响了工作效率。针对常用的试验方法问题，下文将进行探讨和解决。

1.工作原理

气体罗茨流量计( 以下正文中有时简称“流量计”或“被检表”) 的工作原理为: 气体在规定的流量下流经流量计，在进气口与出气口产生压差，驱动了与高精度齿轮联轴的腰轮进行周期性转动。期间计量腔周期性地排气，

腰轮的转数与流经流量计的气体体积成正比。腰轮的转动通过耦合机构传递给机械计数器或输出脉冲信号，从而实现计量的目的。典型气体罗茨流量计外观如图 1 所示。

2.类型及信号输出方式

流量计一般可分为机械式、智能式以及智能综合式。机械式流量计( 有时称为基表、一次表) 一般具备机械计数器，伴随着腰轮的转动进行工况体积流量计累积计量。部分厂家生产的流量计为了方便检测设计了“黑白轮”，在相同的时间内，其转数与流量计机械计数器最小位字轮的转数成一固定比例关系，又称传动比。另外，有些流量计会在机械表的基础上加装高频探头，输出高频脉冲信号。机械式流量计一般只能计量累积的工况流量( 所谓工况，是指工作状态下，不考虑温度和压力变化对气体密度的影响) 。

智能式流量计则是在机械式的基础上配置了温度、压力补偿，通过体积修正仪( 又称二次表) 实现瞬时 / 累积的标况流量( 所谓标况，是为了统一结算标准，规定了1 个大气压和 20℃ 的状态下气体的存在状态) 的计量。智能式流量计一般可输出低频 / 高频脉冲信号，体积修正仪可显示实时工况 / 标况瞬时流量及累积流量，这种功能在贸易结算时很方便。

智能综合式流量计就是同时具有机械式及智能式特征的“双显示”流量计。

流量计类型及信号输出方式见表 1。 

3 标准试验装置

在实验室内对流量计进行检定或校准时，通常采用的标准试验装置有: ( 正压或负压法) 音速喷嘴气体流量标准装置、标准法气体流量标准装置、钟罩式气体流量标准装置等。

图 2 所示为典型的负压法音速喷嘴气体流量标准装置。图 3 所示为一种便携式标准表法气体流量标准装置。

以负压法音速喷嘴气体流量标准装置为例，其具有结构简单、性能稳定、维护方便等优点。装置的核心部件为文丘里喷嘴，还包括负压气源动力、检测管线、夹表台位、控制阀门、温度传感器、压力变送器、湿度变送器、电源、控制系统、操作软件等配套组成部分; 同时需具备同步启停计时功能、脉冲信号采集功能等，以满足对流量计的试验要求。

4  六种试验方法

在实验室内检定或校准流量计时主要依据国家计量检定规程，针对被检流量计的目标值( 累积工况流量、累积标况流量、瞬时流量、脉冲累积量等) ，以下介绍六种常用的试验方法。

( 1) 人工读取机械计数器累积值针对带有基表计数器的流量计，当标准装置流量达到设定值，流量计转动顺畅、稳定时，试验人员站在机械计数器正前端，手持装置配套的同步启停计时开关，目视机械计数器刻度线。当按下开关的同时读取该时刻机械计数器的当前计数值，称为起始值，计时器开始计时; 当流量计运转一段时间后( 一般不少于 60s) ，试验人员再次按下开关的同时读取该时刻机械计数器的当前计数值，称为终止值，计时器停止计时。被检表的工况累积值等于终止值减去初始值。注意前后两次读数时，试验人员的视觉角度应尽量保持一致，并可通过延长计时时间的方式减小人员视觉及动作所带来的误差。示例数据见表 2。

注: 可以通过静态或动态的自动摄像功能来改进读数的效果。

( 2) 采用光电传感器获取脉冲信号针对设计了“黑白轮”的流量计，基于“黑白轮”的转动与字轮转动呈一固定比例关系，可采用光电传感器，将“黑白轮”转动转化为光电脉冲信号输出，该脉冲信号频率与工况流量成正比。已知固定传动比经倍数变换可作为该流量计的已知脉冲当量参与误差计算。如图 4 所示，机械计数器上标注的传动比为 953. 125: 1，代表着机械计数器最后一位字轮转动一圈，即计量 1m3 气体量，黑白轮则转动 953. 125 圈，光电传感器( 外观如图 5 所示)可采集到 953. 125 个脉冲，经倍数变换，传动比可转化为脉冲当量: 0. 953125 P / L。示例数据见表 3。

( 3) 从高频探头处接收脉冲信号

针对加装了“高频探头”的流量计( 如图 6 所示) ，一般输出二线制无源脉冲，可采用隔离式安全离栅，原理如图 7 所示。将高频探头的二线制脉冲转化为装置能够接收的三线制高频脉冲信号。

( 4) 从体积修正仪处采集脉冲信号

大多数智能式流量计均具有脉冲信号输出功能( 可能为高频或低频) ，一般为三线制输出，系统可以直接接收。三线制分别为电源正端、电源负端、信号端 P。

5.结束语

笔者结合自身日常的检定校准工作经验，根据流量计信号输出方式，探讨了六种针对性的试验方法，并给出计算实例，供业内人士交流参考。当然随着流量计制造技艺的进一步提升，它的试验方法及检测技术也会不断推陈出新，有着广阔的发展空间。