容積式流量計具有功能穩定、精確度高、量程寬、測量范圍大等優點，因此廣泛地用于工業的流量計量，并且作為貿易結算的計量器具。

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地分隔成單位體積然后進行累加計算總量而實現流體的計量。

容積式流量計的工作過程如下：流體持續地充滿固定容積的計量儀器,然后將這部分流體持續的通道出口。在一次測量的過程中，我們通過記錄這個過程持續的次數，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構出發，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，這就導致部件之間存在間隙。因此，就會導致漏流。

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 ；

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均為定值，所流量計的誤差和流量之間的關系是受單位時間內漏流量的影響的。因此了解漏流量變化的原因對 提高液體容積式流量計檢測準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常進行檢查，檢查后對磨損比較嚴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，我們還應考慮到溫度上升引起的計量空間的增大，以及流體介質受溫度影響體積膨脹等因素。

3、壓差對漏流量的影響

當流量計進出口之間的壓差比較小的時候，齒輪轉動的速度較低，這個時候的漏流量就比較大。當進出口的壓力較大的時候，齒輪回轉的力矩較大，轉速很高，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

流體的粘度發生改變的時候，漏流量也會發生顯著的改變，粘度變大的時候，漏流量減小，粘度減小的時候，漏流量則會相應的變大。因此，JJG667也規定了檢測用的流體和實際使用的流體的粘度應該一致。如果使用其他的流體進行檢測，則應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中，油和水的密度相差甚大，這就導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系成反比例的基礎上推導出來的，從這個式子我們發現，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來說有些困難。因此，現在解決這個問題的最好的辦法就是現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，現在我們將這些因素結合起來討論。

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，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為經過流量計的流量；

qs為單位時間內的漏流量；

V為體積為V的流體經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運動來計量流體的體積的。在這個過程當中，產生機械的摩擦力阻力。當流體流過流量計的時候，還會產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，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

我們根據流體力學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的測量方法，即根據容積式流量計人口與出口的壓差來控制流量計轉子的轉速，進而控制流量測量值，使流量計轉子轉速緊隨壓差的變化自動調節。根據 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子的轉速表示，但是由于泄漏的存在，轉子轉速并不嚴格對應實際流量。由流體力學原理知泄漏量 q 與流量計人 口和出口的壓差Δp的關系為：

式中 κ， m——與流量計結構有關的參數

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、測量系統的設計

系統實現對流量計轉子轉速的實時控制，通過傳感器檢測出壓差Δ p，經轉換放 大后送人單片機分析處理，然后驅動控制電機帶動流量計轉子轉動，使其轉速達到與實際流量相匹配的值。系統主要組成可分為：壓差檢測 、信號采集與轉 換、信號分析與處理及控制電機的驅動，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換電路，功能是將流量計入口與出口的壓差ΔΡ轉換為模擬電壓信號。首先采用電容式壓差傳感器將壓差ΔΡ轉換為 電容信號，電容式壓差傳感器具有結構簡單、小型輕量 、精度高和互換性強等優點，其工作原理是將壓差的變化轉換為電容極板相對位置的變化，從而改變電容量或容抗量；抗干擾轉換電路將電容量或容抗量的變化轉換為標準的電壓信號，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 否實時準確的反映壓差的變化是檢測的關鍵 。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，故電容轉換成電壓的電路需要進行抗干擾設計。平衡電路能夠很好地抑制共模，經導線傳導耦合到電路的噪聲干擾可加濾波器消除。壓差檢測電路的設計將影響到整個系統的精度 。

（2）信號采集與轉換

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

（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控制系統的非線性 、時變不確定性和純滯后性，故很難獲得系統的精確數學模型，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控制結合起來，發揮兩者的優點，這種 Fuzzy — PID復合型控制器， 將實踐積累的經驗知識用控制規則模型化，然后運用推理便可對PID參數實現最佳調整，對復雜控制系統具有良好的控制效果 。其中，模糊控制規則確 定的原則是必須保證控制器的輸出能夠使系統輸出響應動 、靜態的性能達到最佳，是控制性能實現的關鍵 。

模糊控制器的結構如圖所示 。

（4）控制電機的驅動

單片機發出的控制信號驅動控制電機，調整轉子轉速 ，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字信號，但不能直接接受 A/D轉換器輸出的脈沖， 必須使用專用的驅動設計——步進電機驅動 器，步進電機和驅動器構成了一個有機整體，其運行性能取決于兩者的密切配合 。

根據流量計結構和測量誤差，結合傳感器技術和控制原理，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 構，簡單易行， 通用性強，測量精度高，可廣泛應用到各種要求較高的流量測量中。