圓柱齒輪流量計屬于高精度、耐高壓容積式流量儀表，在國防科技工業領域應用廣泛，且多應用于高壓液壓系統。 以往由于計量條件所限，圓柱齒輪流量計多在低壓狀態下進行校準測試，測試數據存在偏差。 新建成的高壓液壓油流量標準裝置采用靜態質量法測量原理，***高工作壓力達到 28MPa，利用該裝置對圓柱齒輪流量計進行變壓力測試，并對測試結果進行分析，驗證了開展高壓液體流量標準裝置及相關測試技術研究的必要性。

0.引言

一般工程應用中，大多場合假定液體是不可壓縮的，但在高壓狀態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雜影響，簡單的壓力換算通常難以獲得真實的數據。

我站作為國防科技工業大流量專業計量站，承擔了“ 十二五” 國防科技工業技術基礎類科研項目———高壓液壓油流量標準，于 201４ 年研制出國防科技工業系統首臺采用 15 號航空液壓油為工作

介質的高壓液壓油流量標準裝置。 經測試裝置工作壓力達到 28MPa;流量范圍:0. 01 ~ 5m3 / h;介質***高工作溫度達 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、測試數據，并對結果進行了分析。

1.裝置原理

裝置工作原理簡圖如圖 1 所示。

工作介質吸入高壓液壓泵，利用變頻控制器調節驅動電機的轉速，將液壓油泵出口的流量調節到所需流量。 經過高壓液壓泵后，介質被加壓，通過高壓主回路和旁通回路上的流量調節閥配合調節，得到高壓主實驗回路上的設定流量，然后根據液壓泵出口壓力決定于負載大小的原理特性，通過調節比例負載閥組進行加載，來調節被檢流量計處的壓力，使壓力達到要求即可進行壓力模擬校準實驗。然后，流體通過管路和過濾器等進行減壓，達到常壓狀態即可進入低壓回路，通過換向系統進入稱重系統，實現稱重和計時，數據采集結束后稱重放油閥放油，介質回到主油箱完成循環。 測控系統根據稱重系統采集的油液質量 m 和稱重計時系統采集的時間間隔 t，即可計算出標準質量流量 qm ，通過換算即可得到標準體積流量 qV 。 以標準流量 qV 與被校流量計相應的指示流量 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 K、線性度及重復性等參數， 從而達到校準流量計的目的。 另外，裝置中設置有電加熱系統和水冷卻系統可用于介質的變溫。

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( 優于 0. 3% ) 、量程比寬( 達 1000：1) 、耐高壓( 達 32MPa) 等優點。 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行變壓實驗，每個流量點測試次數為 3 次。測得相關數據后按照以下公式進行數據處理，并進行實驗數據分析。

每次測量的儀表系數 Kij :

Kij =Nij / Vij (1)

式中:Kij 為第 i 檢定點第 j 次檢定的系數，(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;Vij 為第 i 檢定點第 j 次檢定時標準裝置測得的實際體積( 經過換算后的體積) ，m3 或Ｌ;i=1，2，…，m，m 為檢定點點數，m≥3;j=1，2，…，n， n 為檢定次數，n≥3。

每個測試點的平均儀表系數 Ki :=

選擇流量點 0. 71m3 / h 和 3m3 / h，分別在常溫下將系統壓力依次調至 28MPa、20MPa、10MPa 及***小壓力下進行測試。 并對壓力修正前后數據進行實驗對比，測試數據如表 1 ~ 表４ 所示。

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

另外，為了驗證進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確得到流量儀表在高壓狀態下的性能參數， 取 15 號航空液壓油壓縮系數 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，1 / Ｌ;Kl  為低壓狀態下實測得到的儀表系數，1 / Ｌ;k 為 15 號航空液壓油壓縮系數，6. 67 × 10 － ４ MPa － 1 ;p 為實際工作壓力相對低壓的變化量，MPa。經過計算，現將實測數據和換算數據對比如表5所示。

3 .測試數據分析

從表 1 至表４ 可以看出，無論實驗數據進行壓力修正與否，同量點下，流量計儀表系數隨著壓力的升高均有明顯變化，且均呈現減小趨勢，流量計均能保持良好的重復性。

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

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

從表 5 可以看出，雖然實測數據和換算數據都采用了相同液壓油壓縮系數，但實測儀表系數和換算得到的儀表系數存在明顯的差異，換算儀表系數均比實測值要小，且差異隨壓力增加而增加，28MPa下***大相對誤差達到了 1. 2% 的級別， 即使是10MPa 下***大相對誤差也達到了 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。 根據以上結果，可以初步得到如下結論:

1) 裝置流體壓力的變化會直接影響到儀表的性能參數;

2) 流量變化對儀表系數變化率影響不大，即儀表系數變化規律在較寬或全量程流量范圍內表現接近。

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

４) 進行變壓實驗的同時，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，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一步驗證) 有必要進行變壓模擬實驗。

4.結束語

通過實際測試，該型流量計在不同壓力下性能指標有著明顯差異，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。 從測試結果判斷:被測流量計的儀表系數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致該流量計內部配合間隙增大，進而導致內泄漏增大，直觀表現即儀表系數減小。 測試結果與原理分析是一致的。

當然，由于測試結果覆蓋面有限，該規律在其它種類流量儀表是否適用有待進一步驗證。 但可以肯定的是，由于各類流量儀表原理、結構及材質的差別，壓力變化對其性能的影響必將千差萬別，這也正是進行變壓力模擬測試本身的意義所在。 更多的規律有待更多的試驗驗證和總結，把有規律的現象總結出來，把無規律的數據實測出來并加以分類將成為后續相關測試工作的方向。