三齿轮流量计的基础研究

随着我国综合国力地提升，制造业也不断的发展，但我国微型齿轮流量计发展仍落后于德国等发达的制造业国家，本论文主要从三齿轮微型流量计的结构优点、耐压等级和测量准确的特点对齿轮流量计进行相应的介绍。

1.概况

在现代化的生产、生活中，为了满足可持续发展和绿色、环保的现代化理念，计量起到至关重要的作用，因而我们就要对流量进行监控，它是控制、计量的主要参数，通过控制可以有效地达到节能减排，实现可持续发展。为了保证计量仪器的准确性，这些仪器都需要进行首次标定，使用中标定和维修后标定。

本文主要介绍高精度的三齿轮流量计，它属于容积式流量计的一种，是测量重要的、高精度的液压系统最直接有效的方法之一。市场上普通容积式流量变送器一般流量的脉动很大很难应用到高精度的场合，且很难检测系统压力较高的动态流量，计量的波动比较大很难实现实时测量，在以下几种场合中很难得到应用: ( 1) 流量范围大; ( 2) 需准确测量液压系统中某点流量的瞬时特性; ( 3) 液压系统中要求能两测测量高压侧的流量，及测量流量的方向。我国现行主流的容积式流量计是椭圆容积式流量计，它具有造价小，结构简单，可是它仍不能满足准确测量瞬时流量的要求，流量脉动很大，所以仅仅在低端、中低压产品中使用。在我国很多高校也做了相关的研究主要如下。

华中理工大学设计了可用于测量动态流量的测量系统，它主要由流量传感器、A / D、D / A 转换器以及微机处理器几部分构成。该流量计是通过把齿轮空套在轴上从而减小转动部分的质量，这样就可以提高齿轮流量计的动态特性并提高测量精度，但是这种设计并没有从根本上克服运动部件的影响 。

北京理工大学研制出的双齿轮容积式流量计，它是一种定排量流量计。该流量计具有较高的耐压等级和准确性，可测量大于 40MPa 液压系统的流量。它的不足之处是仍未实现动态流量的测量，并不能克服流量脉动大、泄漏量大的缺点 。

浙江大学研制出耐高压椭圆齿轮流量计，该齿轮流量计的计量部分是由椭圆齿轮转子组成，虽然工作压力可以达到 1． 5MPa，但是其测量精度较低、流量脉动较大，并不能应用在测量系统高压侧的实时流量。

燕山大学研制出一种液压伺服系统，它应用动态流量软测量技术，但其仅限于理论阶段。

安徽理工大学研制出行星齿轮流量计，该流量的转子部分由一个中心齿轮和三个行星齿轮构成。它虽然能过大普通齿轮流量计的测量范围，但是它仍没从根本克服运动部件大的转动惯量，虽取得很大的进步仍不能测量高压侧的实时流量。

齿轮流量计被广泛应用航空、航天、食品、制药等领域，国内齿轮流量计相对于进口齿轮流量计还存在一定差距，故对齿轮流量计的研究势在必行，本课题组长期从事齿轮流量计的研究，并研制出三齿轮流量计，它是微型齿轮流量计的一种，具下面的优点。

( 1) 较小的流量脉动，较小的振动及微弱的噪声; ( 2) 可用于被测液体范围广;本流量计可用于测量 6mm2 / s － 190mm2 / s 黏度范

围内的介质。

( 3) 可以显示流量的瞬时量和累积量，且可以制成不同量程的流量计。

( 4) 可耐高压系统。

本流量计最大耐高压能达到 9bar 甚至更高，所以可广泛用于高压系统的流量参数的测量。

( 5) 大的量程比，一般的流量计的量程比能达到 50∶ 23，有特殊要求的场合可制成的 50 ∶ 1 或者更大，故，它能广泛用于流量变化大的环境中测量;

( 6) 具有测量准确性和重复率大的特点普通的齿轮流量计的线性误差较小一般为± 0． 6% ，精度较高的微型的齿轮流量能实现 ± 0． 45% 的测量精度。

2 .三齿轮流量计的结构原理

如下图 1，本文研究的三齿轮流量计由上、下壳体、三个小齿轮、其他附件组成。为了满足传感器的测量要求一般壳体为不导磁高强度不锈钢材料，上、下壳体用高强度螺栓连接成一个压力等级达到 30MPa 的密封的计量室，该齿轮流量计如图所示分别有两个相互啮合的齿轮副，齿轮由容易检测的不锈钢材料做成，两侧分别有进出油孔，当该流量计被接入到被测系统中，当有介质流入时，随着介质的流动，齿轮随之转动，且转动的速度和流量的大小成比例变化，即可通过传感器检测齿轮转动的速度信号，通过单片机或者计算机系统换算出流量计流量并做出相关曲线，从而实现流量的实时检测。为了防止侧漏本流量计在密闭的流量计工作室外侧设置 o 型密封圈。由于本齿轮流量计设计成对称的结构，可实现双侧测量，这样可使该齿轮流量计的应用领域更广。该流量计的部件少，工作计量室仅用上、下壳体构成，故可以减少由于多个构件组成而产生的累计误差，从而提高该计量装置的精度。

测量时为了保证测量精度，我们把转速传感器设在正对齿轮的最容易测量的部位，本流量计的转速传感器设在齿轮分度圆位置的正上方，且壳体在装传感器处的厚度小于该传感器的测量范围。

工作原理: 测量介质可从两侧任意一个油口流入，当有介质流入时在密封的工作室推动三个齿轮转动，通过齿轮流量计的转速传感器测量齿轮转动的信号，并将该信号转化成齿轮的转速或者频率 f，通过流量计算公式很容易得到介质的流量 Q。

Q=F/K

其中 Q 为齿轮流量计的瞬时流量，f 为传感器测的被测信号的频率，k 为仪表系数。

本文介绍的三齿轮流量计具有较小的流量脉动，测量介质的范围大、结构简单( 降低产品成本) 、量程测量范围广、流量的瞬时特性好的优点。

3 .结论

基于三齿轮流量计具有耐高压、精度高、动态性能好等诸多的优点，该类型的齿轮流量计发展前景很好，该齿轮流量计仍需要进行大量的研究，本文为微型齿轮流量计的设计提供了理论上的研究数据。