齒輪流量計的發(fā)展與現(xiàn)狀

齒輪流量計是一種十分典型的容積式流量計，由齒輪和腔體組成，齒輪每轉(zhuǎn)過一周，轉(zhuǎn)運固定體積的的流體，故通過記錄流量計齒輪的轉(zhuǎn)過圈數(shù)，即可得到轉(zhuǎn)運的流量體積。

如圖1-1所示為齒輪流量計原理圖，1為流量計的一個計量腔，2為流量計腔體入口，3為霍爾元件，4為齒輪軸，5為流量計腔體出口，6為流量計殼體，7為圓柱齒輪。常規(guī)的齒輪流量計的工作過程為：被測流體從入口2進(jìn)入到流量計腔體，在流體的推動下，相互嚙合的齒輪開始轉(zhuǎn)動，流體通過計量腔被轉(zhuǎn)運到出口。齒輪轉(zhuǎn)過一個齒的角度，會轉(zhuǎn)運兩個計量腔體積的流體。在齒輪流量計的殼體上的2個電磁傳感器，可以接收齒輪轉(zhuǎn)過時所發(fā)出的脈沖信號，通過記錄脈沖信號的個數(shù)，對脈沖數(shù)累加計算，便可得到流量總體積，通過對信號頻率分析可得信號脈沖頻率可得實時流量。

對于齒輪流量計，國內(nèi)外很多大學(xué)以及研究機(jī)構(gòu)都展開過大量的研究。蘭州理工大學(xué)的趙君對圓柱齒輪流量計展開過研究，研究內(nèi)容為齒輪的結(jié)構(gòu)和流體的性質(zhì)所引起的齒輪流量計內(nèi)部泄露，從而導(dǎo)致測量精度下降的問題，實驗變量有兩個，包括齒輪的模數(shù)和流體的粘度。首先，通過理論計算的方式，得出結(jié)論：在機(jī)械結(jié)構(gòu)所允許的范圍內(nèi)，齒輪的模數(shù)越大，對于降低泄露，提高精度的效果越好;然后其又利用CFD技術(shù)，選擇具有不同粘度得流體的對流場進(jìn)行仿真實驗，仿真實驗的結(jié)果顯示其誤差范圍為0.3537%～0.5199%，與實際測量誤差0.3%～0.5%相比差距較小。

上海大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院的吳杰等人經(jīng)過研究以后，提出了齒輪流量計內(nèi)部端面泄漏的理論計算公式，通過觀察泄漏流體的流動矢量圖，結(jié)果顯示在泄露位置的流體的流速和方向都會變化，流速和方向改變后的流體會對流量計內(nèi)部產(chǎn)生沖擊，造成能量損失，降低測量精度和齒輪流量計的使用年限。劉彥軍等以圓柱齒輪流量計為研究對象，通過實驗分析了齒輪流量計在工作時，流體壓力和粘度對流量計內(nèi)部泄露大小的關(guān)系，研究結(jié)果表明，流體粘度越大，壓力越大，流量計內(nèi)部泄露也越大。

安徽理工大學(xué)張軍利用有限元分析的方法，對多種不同結(jié)構(gòu)的齒輪流量計進(jìn)行了研究，根據(jù)其靜態(tài)和動態(tài)特性，提出了新的研究方法，并且取得了一定的研究成果，大大降低了齒輪流量計內(nèi)部的脈動，提升了測量精度，擴(kuò)大了流量計的測量范圍。

北京航空航天大學(xué)的自動化控制學(xué)院的李文宏等開發(fā)設(shè)計了一種雙圓柱齒輪流量計，其設(shè)計的雙圓柱齒輪流量計測量精度較高，測量壓力最高可達(dá)40MP。但其研究成果并未能夠解決測量中流量脈動以及內(nèi)部泄露所引起的磨損和誤差等問題，其動態(tài)品質(zhì)不理想，頻率響應(yīng)較為滯后。

在國外，生產(chǎn)齒輪流量計的公司主要有科威爾公司、威仕公司、KRACHT公司、德國凱姆流量測量公司等。德國凱姆流量測量公司成立于1965年，在公司剛成立時期，其生產(chǎn)的主要產(chǎn)品為渦輪流量計，在發(fā)展的過程中，產(chǎn)品線逐漸豐富，后轉(zhuǎn)為生產(chǎn)齒輪流量計，該公司生產(chǎn)的齒輪流量計可耐40MPa高壓，可測最高1000升每分鐘的流量，誤差保持在±0.5%以內(nèi)，該公司產(chǎn)品主要用于各種油液的測量。

KRACHT公司成立于1911年，以生產(chǎn)流量計以及各種閥為主。該公司研制的一款VC流量計可耐40MPa高壓，可測最高250升每分鐘的流量，誤差保持在±0.3%以內(nèi)。

威仕公司于1989年成立，該公司以生產(chǎn)各種高精度的流量計為主，也生產(chǎn)與自家產(chǎn)品配合使用的各種儀器。該公司所研制的VHM齒輪流量計，可測最高20升每分鐘的流量，可耐40MPa高壓，誤差保持在±0.5%以內(nèi)。

科威爾公司于1975年成立，該公司研制的FG550容積式流量計可耐6.5MPa壓力，誤差保持在±0.1%以內(nèi)，可測最高250升每分鐘，最低0.1升每分鐘的流量，該公司所生產(chǎn)的流量計主要用于各種工業(yè)上使用的液體材料的測量。

審核編輯黃昊宇