概述

容積式流量計(jì)又稱(chēng)排量流量計(jì)（positive displacement flowmeter），簡(jiǎn)稱(chēng)PD流量計(jì)或PDF，在流量?jī)x表中是精度的一類(lèi)。它利用機(jī)械測(cè)量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分，根據(jù)計(jì)量室逐次、重復(fù)地充滿(mǎn)和排放該體積部分流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流量體積總量。PD流量計(jì)一般不具有時(shí)間基準(zhǔn)，為得到瞬時(shí)流量值需要另外附加測(cè)量時(shí)間的裝置。定排量測(cè)量方法可追溯到18世紀(jì)，20世紀(jì)30年代進(jìn)入普遍商業(yè)應(yīng)用。

原理

PDF從原理上講是一臺(tái)從流體中吸收少量能量的水力發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)能量用來(lái)克服流量檢測(cè)元件和附件轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力，同時(shí)在儀表流入與流出兩端形成壓力降。
典型的PDF（橢圓齒輪式）的工作原理如圖1所示。兩個(gè)橢圓齒輪具有相互滾動(dòng)進(jìn)行接觸旋轉(zhuǎn)的特殊形狀。P1和p2分別表示入口壓力和出口壓力，顯然p1>p2，圖1（a）下方齒輪在兩側(cè)壓力差的作用下，產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，為主動(dòng)輪；上方齒輪因兩側(cè)壓力相等，不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，是從動(dòng)輪，由下方齒輪帶動(dòng)，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。在圖1(b)位置時(shí)，兩個(gè)齒輪均在差壓作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。選裝到圖1(c)位置時(shí)，上方齒輪變?yōu)橹鲃?dòng)輪，下方齒輪則成為從動(dòng)輪，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到與圖1(a)相同位置，完成一個(gè)循環(huán)。一次循環(huán)動(dòng)作排出四個(gè)由齒輪與殼壁間圍成的新月形空腔的流體體積，該體積稱(chēng)作流量計(jì)的"循環(huán)體積"。

設(shè)流量計(jì)"循環(huán)體積"為υ，一定時(shí)間內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)為N，則在該時(shí)間內(nèi)流過(guò)流量計(jì)的流體體積為V，則 V＝Nυ （1）橢圓齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)磁性密封聯(lián)軸器及傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)傳遞給計(jì)數(shù)器直接指示出流經(jīng)流量計(jì)的總量。若附加發(fā)信裝置后，再配以電顯示儀表可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳只是瞬時(shí)流量或累積流量。
雖然有許多分割方法形成各種形式的PDF，但大部分都有相似的基本特征。PDF產(chǎn)生誤差的主要原因是分割單個(gè)流體體積的活動(dòng)測(cè)量件和靜止測(cè)量室之間的縫隙泄漏量所形成。產(chǎn)生泄漏的原因之一是為克服活動(dòng)件摩阻力；之二是受儀表水力學(xué)阻力形成壓力降的作用。

結(jié)構(gòu)

PDF品種繁多，結(jié)構(gòu)形式亦多種多樣，但其主要部件組成大同小異，現(xiàn)舉腰輪流量計(jì)作為范例說(shuō)明。

腰輪流量計(jì)的構(gòu)造框圖如圖2所示。流量由測(cè)量部和積算部?jī)纱蟛糠纸M成，必要時(shí)可附加自動(dòng)溫度補(bǔ)償器、自動(dòng)壓力補(bǔ)償器、發(fā)信器和高溫延伸（散熱）件等。

1） 計(jì)量室 腰輪流量計(jì)由一對(duì)腰輪和殼體構(gòu)成，兩腰輪是有互為共軛曲線(xiàn)的轉(zhuǎn)子，即羅茨（Roots）輪，與腰輪同軸裝有驅(qū)動(dòng)齒輪，被測(cè)流量推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子間由驅(qū)動(dòng)齒輪相互驅(qū)動(dòng)。腰輪、計(jì)量室殼體一般由鑄鐵、鑄鋼或不銹鋼制成，要根據(jù)流體腐蝕性及其工作壓力、溫度選用。計(jì)量室也有單獨(dú)制成，與儀表外殼分離，這樣計(jì)量室就不承受靜壓，沒(méi)有靜壓引起變形的附加誤差。

2） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括磁性聯(lián)軸器（或機(jī)械密封裝置）和減速變速機(jī)構(gòu)。變速調(diào)整機(jī)構(gòu)由"齒輪對(duì)"組合而成。

3） 積算器和指示表頭 類(lèi)型較多，有指針式指示和數(shù)字式指示；有不帶復(fù)位計(jì)數(shù)器和帶復(fù)位計(jì)數(shù)器；也由帶瞬時(shí)流量指示，帶打印機(jī)，帶設(shè)定部，等等。

4） 自動(dòng)溫度補(bǔ)償器 對(duì)被測(cè)介質(zhì)溫度變化影響進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)補(bǔ)償，有機(jī)械式、也有電氣電子式。

5） 自動(dòng)壓力補(bǔ)償器 對(duì)被測(cè)介質(zhì)靜壓變化影響作自動(dòng)修正。

6） 發(fā)信器 發(fā)信器有多種形式，有接觸式和非接觸式。

優(yōu)點(diǎn)

PDF計(jì)量精度高，基本誤差一般為±0.5％R，特殊的可達(dá)±0.2％R或更高。通常在昂貴介質(zhì)或需要精確計(jì)量的場(chǎng)合使用。PDF在旋轉(zhuǎn)流和管道阻流件流速場(chǎng)畸變時(shí)對(duì)計(jì)量精確度沒(méi)有影響，沒(méi)有前置直管段要求。這一點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)使用中有重要的意義。

PDF可用于高粘度流體的測(cè)量。范圍度寬，一般為10：1到5：1，特殊的可達(dá)30：1或更大。

PDF是直讀式儀表，無(wú)需外部能源，可直接獲得累計(jì)總量，清晰明了，操作簡(jiǎn)便。
在以體積流量計(jì)組合的間接法質(zhì)量流量測(cè)量中，PDF與速度式等推導(dǎo)體積流量計(jì)相比，所的體積是直接幾何量，體積量的影響因素要單純些。在不適合采取密度計(jì)測(cè)量的高壓天然氣測(cè)量中，不易處理的氣體壓縮系數(shù)，用PDF可間接求得。