基于容积式流量计的工作原理，西方国家习惯将之称为‘定排量流量计”（Positive disPACement flowmeter），简称“PD” 流量计，代表性产品有腰轮（罗茨）流量计、椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计与活塞式流量计等10余种。它是计量精度最高的流量计之一，主要用于洁净的液体或气体的流量总量测量。
1 基本结构组成及流量－误差特性曲线
容积式流量计的基本结构大体由3部分组成，其名称及主要作用是：
（1）流量计本体（又称传感器）。它被连接于被测流体的管路上承受工作压力，借助于其流体进、出口之间的压力差，流体推动转子与轴连续转动。它们每转一周，便有恒定的、且极为精确的流体量通过流量计，故测知轴的转数即可测知体积量值。
（2）表头。它是被安装于本体上方的将轴转数n传送到计数器，并最终以数字形式显示出流过管道的被输送流体体积量值的一套机构。
（3）电脉冲发讯装置。它是一个将经过容差补偿的轴转数变换成电脉冲信号的装置。由于容积式流量计一般都不具有瞬时流量显示功能，有了电脉冲信号配以流量数显仪即可显示瞬时流量，方便流量调控操作。
由于流量计的零部件加工与装配误差的存在决定了这种工作原理的流量计流量- 误差特性曲线；流量- 误差特性曲线如图1所示。
由于被测介质的广泛性，容积式流量计必须进行容差补偿。一台性能卓越的容积式流量计除必须有优质的零部件及恰到好处的装配之外，还必须有一个令人满意的容差补偿机构。
2 机械式表头容差补偿原理及存在问题
从图1可知，一台未经标定或借某特定介质进行标定而用于测量介质与标定介质粘度不同时，流量计总是存在一个相对“固定偏差”，为最大限度地减小它，机械式容差补偿机构是在主轴转数向机械计数器传动的齿轮系的某个环节加装一个差动轮系机构，人为地为齿轮传动增加或减少一个△n 的补偿量。
这种表头的补偿机构目前有两种基本形式，一是更换齿轮方式，二是一个塔轮轮系机构。经过多年的应用，国内外生产厂家和用户普遍认为它至少有以下几个不足之处：
（1）流量计正常工作时，其轴必须带动一整套齿轮传动系统与机械计数器，不仅结构复杂，而且易磨损和出现齿轮打滑、掉齿、在小流量段因负荷重而影响整机精确度。
（2）更换齿轮时必须停机更换，影响连续稳定的生产。
（3）容差的补偿有较大的局限性是其主要缺陷。如前所述，其补偿量△n 是对每个流量点同时增（减）的，这就是说它只能使原有的特性曲线在误差的方向上上下平移，即只能消除固有偏差，而不能提高原有曲线符合精确度要求线性范围段以外流量点的精确度，这种方式可称为“硬补偿”。
3 智能化表头的工作原理
智能化表头的研制、设计原理设想是充分借鉴和利用有关的智能化技术在自动化仪表领域得到的各种成果，制成具有智能功能并适合于容积式流量计得以实现高精度容差补偿要求的新型表头。
智能表头是将本体轴的转数先经脉冲发讯器转换成方波电脉冲信号，可从几十Hz到数百Hz，用流量标准计量装置对流量计分6～12个点进行标定，依照N/V＝K，可分别得到对应流量点的K1、K2…K12。若将N、V分别除以标定的时间（s），则可得到：
f/Q＝K
式中：
N 为标定流量点标准装置累积脉冲数（次）；
V 为标定流量点标准装置对应于N 的标准容积值（m3）；
f 为标定流量点标准装置显示的频率值（Hz）；
Q 为标定流量点标准装置的瞬时流量（m3/h）；
K 为标定流量点流量计的仪表系数（1/m3）。
智能化表头的关键技术大致有3个：
（1）适合流量计全口径系列的优质电脉冲发讯器；
（2）各个相关参数的输入、修改、存贮等程序；
（3）对流量计标定曲线的分段修正技术。
智能显示仪之所以能提高流量计的测量精确度和扩大量程，是因为它不仅可以模拟流量传感器本身的特性曲线，而且可用实时计算值再复现出这一曲线并显示流量。而表头设计的软件将按下列的补偿公式通过实时计算再现（或重合于）该曲线，这既扩大量程又提高了精确度。
当f值位于下式测知的范围内任意值时，表头将按线性插值法求得精确的K值参与实时计算。
4 智能表头的硬件配置、软件优化设计及特点
智能化表头的设计基础是基于非常成熟与可靠的单片微机控制技术，信号的处理与智能化充分考虑并集中体现了模块化设计、最小化系统、系统的低功耗和软件冗余防飞跑等可靠性设计思想，而实时计算保证能实现到优于±0.1%的精确度指标。
（1）硬件电路设计及特点
以PIC低功耗嵌入式微处理器为控制核心，完成流量信号的采集、计算、存储和信号输出。其中仪表系数和累积流量存于微处理器的EEPROM中，断电后可保存10年。仪表系数及频率设置输入由二键式键盘操作，通过组合还可实现总量清零，方便单次输送计量读数。
显示部分为双排数字液晶显示器，可同时显示累积总量和瞬时流量及单位，弥补了机械式表头的不足。目前信号远传部分设计成每增加0.1L输出一个脉冲。
（2）软件电路及特点
表头软件电路分为工作状态和置入状态，主要特点是实现了模块化、低功耗和高可靠性。
为提高显示精确度，设计成瞬时流量和累积总量的小数位数可选择，累积8位显示，当累积量不足100时显示格式为XX.XXXXXX，累积量大于100，1000…后将自动变为XXX.XXXXX，以此类推。
由于它是通过设计的智能软件实现对容积式流量计的容差补偿。我们称之为“软补偿”。
5 应用效果
这种智能型表头在经过试验室充分试验测试考核之后，已将其用于腰轮流量计，现附一例替代机械式表头后经补偿标定的结果（流量标准装置精确度±0.1%，介质：柴油）见表1。
表1 DN80腰轮流量计
流量(m3/h)
标准体积(L)
流量计显示(L)
流量计误差(%)
5.5
1001.87
1000.3402
-0.15
1002.12
1000.5889
-0.15
1001.97
1000.6709
-0.13
14.8
1003.865
1004.2250
+0.04
1004.165
1004.9648
+0.08
1003.865
1004.6696
+0.08
23.8
1000.521
1002.0416
+0.15
1000.673
1001.7216
+0.11
1000.777
1001.8048
+0.10
47.0
999.476
1000.0120
+0.05
1001.272
1001.9629
+0.07
1001.721
1002.7570
+0.10
从表1中可以看出装有智能表头的腰轮流量计达到了0.2级的精确度要求，且流量范围度不小于8:1。
6 结论
从开发成果、实用效果可以看出：
（1）智能化表头实现高精确度和宽流量范围的容差补偿，其原理在于它是利用精确标定结果得出的每个流量点的高精度仪表系数进行实时计算流量值，再现了仪表实际特性曲线，由此原理再进一步提高精确度或扩大量程还有潜力，关键在于流量计要有非常好的重复性和设计可完成复杂、可靠编程。
（2）所有参数的设置、修改、存储等均可按实际工况条件在现场进行，且无须停机，非常方便，加之设置密码可确保安全，同时使容积式流量计有了现场瞬时流量显示，为操作者更直观、更方便了解和控制工艺状况提供了条件和依据。
（3）智能化表头的体积只有机械式表头的1/2～1/4，重量减轻50%以上，更符合小型化、轻量化的发展方向。
（4）智能化表头还有很大的发展余地，例如：增加分段可进一步提高测量精确度；可实现4～20mA电流输出；可增加现场总线功能，方便进入网络系统；拓宽无线收发功能，若增加和实现温度压力补偿比机械式表头方便等等。
由此可见智能表头比机械式表头更具优越性，是容积式流量计的一个必然发展方向。
参考文献
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2 鲍健，孙力.单片机系统高可靠设计、微型机与应用.1997，12．
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4 蔡武昌，孙淮清.容积式流量计的选用.自动化仪表1998，5．
