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玻璃管轉(zhuǎn)子流量計的鑒定原理分析
玻璃管轉(zhuǎn)子流量計的鑒定原理和流量數(shù)據(jù)的分析
常州市常法儀器儀表有限公司
在實際工作中，由于工作習(xí)慣或是其他原因，不少人采用前調(diào)氣體的流量來檢定玻璃管轉(zhuǎn)子流量計。在檢定中對氣體流量的調(diào)節(jié)，前調(diào)和后調(diào)都能起到調(diào)節(jié)流量的作用，但是前調(diào)和后調(diào)到底有多大的差異，沒有確定的論證。針對這一問題，筆者通過實驗，利用容積法對玻璃管轉(zhuǎn)子流量計進(jìn)行檢定，根據(jù)實測數(shù)據(jù)結(jié)合建立的數(shù)學(xué)模型，對前調(diào)與后調(diào)流量兩種方法進(jìn)行了對比分析。
一、玻璃管轉(zhuǎn)子流量計的檢定原理及數(shù)學(xué)模型
常州市常法儀器儀表有限公司玻璃管轉(zhuǎn)子流量計的檢定依據(jù)JJG257-2007《轉(zhuǎn)子流量計》檢定規(guī)程進(jìn)行，檢定時采用鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在我國大量使用，是氣體流量計量的傳遞標(biāo)準(zhǔn)和氣體流量計檢定的主要設(shè)備之一。這種裝置的工作壓力一般小于10000Pa，zui大流量取決于鐘罩的體積大小及測試技術(shù)。根據(jù)目前國內(nèi)的資料及現(xiàn)實的實驗條件，其鐘罩作為標(biāo)準(zhǔn)測量的zui大流量可達(dá)4500m3/h，裝置的準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.5%。
鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定玻璃管轉(zhuǎn)子流量計的工作原理是，首先打開進(jìn)氣閥，關(guān)閉出氣閥，開動氣泵使氣體通過導(dǎo)管流入氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作量器內(nèi)，當(dāng)鐘罩上升到zui高位置時，關(guān)閉氣泵，停止一段時間后，待標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)氣體的溫度穩(wěn)定時，開始檢定流量計。鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置本身是一個恒壓源并給出標(biāo)準(zhǔn)容積的裝置。打開出氣閥和調(diào)節(jié)閥，鐘罩以一定的速度下降，到達(dá)預(yù)定位置開始計時，流量計開始計數(shù)，到達(dá)預(yù)定位置時，停止計時、計數(shù)測出鐘罩排出的氣體體積、溫度和時間，鐘罩內(nèi)的氣體通過導(dǎo)氣管經(jīng)被檢定的流量計流入大氣，計算出流量計在刻度狀態(tài)下的實際流量和示值誤差。實際流量值Q（m3/h）可根據(jù)式（1）計算得出：
式中：V——流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)排出的氣體體積，m3；τ——在排出裝置內(nèi)的時間，h；PN、PS、Pm——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計前的氣體壓力，Pa，PN=101325Pa；TN、TS、Tm——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計前的氣體溫度，K，TN=273.15+20=293.15K。
將實際流量值Q與被檢流量計的顯示值Q′相比較，利用式（2）可計算出被檢流量計示值相對誤差為
式中：δV——被檢流量計示值相對誤差；Q′——被檢流量計的顯示值；Q——實際流量值。
二、實驗數(shù)據(jù)處理
1.氣體測量刻度換算
玻璃管轉(zhuǎn)子流量計由于受其制造廠家標(biāo)定設(shè)備的限制，通常只能用水或空氣進(jìn)行標(biāo)定。所以，試驗中所用的檢定介質(zhì)為非標(biāo)定介質(zhì)，應(yīng)對轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)進(jìn)行修正，也稱為刻度換算。本實驗中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的檢定點(diǎn)為1000L/h，氣體的密度受壓力、溫度變化的影響較大，因此，測量不同氣體時要進(jìn)行刻度換算。流量計的換算問題，實際上就是對于不同的流體浮子處于同一高度時，所反映出的流量值不同。這里使用了簡化后的刻度氣體換算公式，忽略了黏度對氣體的影響。在實驗時將檢定溫度設(shè)為常溫，但介質(zhì)不是干空氣，所以要對流量示值進(jìn)行修正，可用式（3）求出檢定介質(zhì)的修正值。
式中：qv0——流量計的氣體示值（流量或輸出信號所對應(yīng)的流量）；ρ01——使用氣體在刻度狀態(tài)下的密度；qv、P、T——工作狀態(tài)下的氣體流量換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量、被測氣體的壓力（即表壓力與大氣壓力之和）及溫度；ρ0、P0、T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測干氣體的密度、壓力及開爾文溫度，P0=101325Pa。
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧氣的密度為1.331kg/m3，二氧化碳的密度為1.829kg/m3，空氣的密度為1.205kg/m3，根據(jù)式（3），可以得到氧氣修正后的檢定點(diǎn)為945.44L/h，二氧化碳修正后的檢定點(diǎn)為806.53L/h。
對于前調(diào)和后調(diào)流量，以每組中4次實際流量值的平均值作為前調(diào)和后調(diào)zui后的實際流量值，避免粗大誤差對實驗結(jié)果的影響。同理根據(jù)式（2），二氧化碳修正后檢定點(diǎn)的值為806.53L/h，由圖2中前調(diào)的平均值與后調(diào)平均值可得二氧化碳的示值誤差：前調(diào)為14.3%，后調(diào)為7.0%，其計算過程與氧氣的示值誤差計算過程相同。
對二氧化碳的數(shù)據(jù)分析可知前調(diào)流量平均值為705.81L/h，后調(diào)流量平均值為867.41L/h，較之于二氧化碳刻度修正后的檢定點(diǎn)，后調(diào)流量與密度修正后檢定點(diǎn)806.53L/h的值更為接近。前調(diào)流量相對誤差為14.3%，后調(diào)流量相對誤差為7.0%。二氧化碳的實驗結(jié)果充分證明了在檢定玻璃管轉(zhuǎn)子流量計時，使用后調(diào)流量可使相對誤差大大減小，檢定結(jié)果更加準(zhǔn)確。
三、結(jié)束語
實驗結(jié)果證明，在檢定玻璃管轉(zhuǎn)子流量計時，看似沒有差別的兩種調(diào)節(jié)方法，其檢定結(jié)果差異很大，對于檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性而言，后調(diào)流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于前調(diào)流量。實際檢定時，建議將前調(diào)控制閥*打開，使用后調(diào)流量調(diào)節(jié)閥。