玻璃轉子流量計检定过程中问题解决

摘 要:玻璃轉子流量計在检定过程中,因调节气体流量的方法不同会直接影响检定结果的准确度.针对这一问题,采用氧氣、二氧化碳2种气体分别作为检定介质,利用容积法对玻璃轉子流量計分别采用前調与後調流量的方法进行对比实验.根据实测实验数据进行分析研究,证实了对气体流量的调节采用後調流量的方法,可使检定误差大大减小,因而进一步提高了检定结果的准确度.这不仅对于实际检定工作中提高检定准确度有着重要的意义,同时提高了流量计实际使用时的准确性.
  在工矿企业中,需要进行气体流量测量的场合随处可见.目前,气体流量的计量问题成为我国计量仪表发展的重点,很多问题都尚未得到解决.此外,氣體流量計的品种也不齐全,特别是大口径、大流量的氣體流量計存在很多的问题.因此对于氣體流量計的准确性及其传递有着更为严格的要求[1].在流量计的实际使用过程中,一般都从仪器的选择方面提高测量结果的准确度,但却常常忽略了从***初的检定来减小误差的影响.但事实上,只有确保了检定的准确性,才能减小氣體流量計使用误差,从而进一步提高测量的准确度.

  在实际工作中,多数检定人员没有意识到前調和後調的区别,但是2种看似差别不大的调节方式对检定结果影响很大。目前针对这个问题多是理论分析,缺乏实验数据验证,本课题针对上述情况在前期进行了实验设计并获得了大量的实验数据.根据实测数据结合建立的数学模型,来对前調与後調流量2种方法进行对比分析.同时对于如何在检定玻璃轉子流量計时提高检定精度方面做了研究,并提出了有效的解决方法,从而大大减小了玻璃轉子流量計检定误差.
 
1、轉子流量計的检定原理与数学模型:
  轉子流量計的检定标准是根据JJG257-2007轉子流量計检定规程而进行的[2],检定时采用钟罩式气体流量标准装置.钟罩式气体流量标准装置如图1所示[3-4].图中的钟罩是一个上部有顶盖,下部开口的容器,筒体内盛满水或者不易挥发的油.由于液封的作用,使得钟罩成为一个密封的容器.进气阀上的导管插入钟罩内,顶端露出液面,其高度以钟罩下降到较低点时不碰到钟罩顶盖为宜.为了避免钟罩下降时晃动,通过导轮、定滑轮及配重锤来调节钟罩内的压力.检定玻璃轉子流量計的工作原理是首先打开进气阀门,关闭出气阀,开动气泵使气体通过导管流入气体流量标准装置的工作量器内.当钟罩上升到***高位置时,关闭气泵,停一段时间后,待标准容器内气体的温度稳定时,开始检定流量计.钟罩式气体流量标准装置本身是一个恒压源并给出标准容积的装置.打开出气阀和调节阀,钟罩以一定的速度下降.此时开始计时,流量计开始计数,测出钟罩排出的气体体积、温度和时间,钟罩内的气体通过导气管经被检定的流量计流入大气,计算出流量计在刻度状态下的实际流量和示值误差.实际流量值可根据公式(1)计算得出[5]
      VP ()
                                 
                =0.0538τ       
τ  
                       

式中,, 分別爲流量標准裝置內排出的氣體體積,排出裝置的時間. , , 分別爲標准狀態下、流量標
τ
 
准裝置內和流量計前的氣體壓力, =101325Pa. , 分別爲標准狀態下、流量標准装置内和流量计前的气体温度 = 273.15+20K=293.15K.將實際流量值 與被檢流量計的顯示值相比較,利用公式()可計算出被檢流量計示值相對誤差爲[5]
 

      ()
   
δ =   ×100

式中,δ——— 被檢流量計示值相對誤差,——— 被檢流量計的顯示值,——— 實際流量值.鍾罩式氣體流量標准裝置如圖1所示.
 图1	钟罩式气体流量标准装置

 
图1 钟罩式气体流量标准装置

2、實驗數據處理:
2.1、氣體測量刻度換算:
 
日常使用的轉子流量計,由于轉子流量計制造厂家标定设备的限制,通常只能用水或者空气来进行标
 
定,所以实验中所用的检定介质为非标定介质,应对轉子流量計读数进行修正也称为刻度换算.本实验中标
 
准狀態下檢定點爲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.這裏使
 

用了簡化後的刻度氣體換算公式,忽略黏度對流體氣體的影響.在實驗時的檢定溫度設定爲常溫.介質不是
幹空氣,所以要對流量示值進行修正,可用公式(),求出檢定介質的修正值[6-7]  
               
               
      ρ   ()
   = ρ        
    01pT  
         
式中, 爲流量計的氣體示值流量或輸出信號所對應的流量 ρ01 爲使用氣體在刻度狀態下的密度 ,,
         pT

玻璃轉子流量計检定过程中问题解决分別爲工作狀態下的氣體流量換算到標准狀態下的流量,被測氣體的壓力(即表壓力與大氣壓力之和)及溫

ρ , , 分別爲標准狀態下被測幹氣體的密度、壓力及開爾文溫度, =101325Pa.    
   T                      
    標准狀態下氧氣的密度是   / ,二氧化碳的密度爲   / ,空氣的密度爲
            1.331kgm         1.829kg   1.205kgm.
根據修正公式(),可以得到氧氣修正後檢定點爲   /,二氧化碳修正後檢定點爲  
                  945.44Lh       806.53Lh.
2.2 氧氣和二氧化碳實驗結果的分析與計算                  
                             
    玻璃轉子流量計检定介质为氧氣前調流量和後調流量實驗數據如表1和表2所示.    
              前調流量實驗數據          
                                 
            Tab.1 Experimentaldataofbeforetheflowregulation      
                               
    檢測氣體   檢定點/( -1) 起始值/ 終止值/ 時間/ 流量標准裝置內氣 流量計前氣體
             
        L·h         min 體壓力/ 壓力/
                            Pa   Pa  
      氧氣 1000       31.5   1300   85000
                 
      氧氣 1000       31.5   1300   80000
                 
      氧氣 1000       31.4   1300   195000
                 
                             
              後調流量實驗數據          
                                 
            Tab.2 Experimentaldataofaftertheflowregulation      
                               
    檢測氣體   檢定點/( -1) 起始值/ 終止值/ 時間/ 流量標准裝置內氣 流量計前氣體
             
        L·h         min 體壓力/ 壓力/
                            Pa   Pa  
      氧氣 1000       47.9   1300   120000
                 
      氧氣 1000       48.0   1300   120000
                 
      氧氣 1000       58.1   1300   220000
                 
                                   

 
在检定玻璃轉子流量計时,以上一组数据是以氧氣为介质进行实验,压力下所对应的2个值分别为,即流量標准裝置內和流量計前氣體的压力.实验中标准状态下检定点为1000L/h,根据公式(3),对氧氣修正后的检定点为945.44L/h.根据公式(1)、表1以及表2中氧氣的实验数据可得前調和後調流量值如图2所示.
图2	检定介质为氧氣的前調和後調流量值  Fig.2 Testmediumfortheoxygenbeforeorafterthetransferflowrate

图2 检定介质为氧氣的前調和後調流量值
 
Fig.2 Testmediumfortheoxygenbeforeorafterthetransferflowrate

根据公式(2),介质为氧氣的前調及後調流量的示值误差
 

前調           945.44-659.73       ()
           
  δ =   ×100%=   659.73 ×100% =43.3%  
後調     945.44-987.64       ()
  δ =     ×100%=   987.64   ×100% =4.3%.

 
实验中,对于检定时气体流量的前調和後調都分别采集了3组数据,对于3组数据求得的平均值作为***后的实际流量值,使检定结果更加准确.从以上的实验结果来看,对氧氣的数据分析知前調流量平均值为659.73L/h,後調流量平均值为987.64L/h,相比刻度修正后氧氣的检定点,後調流量与密度修正后检定点945.44L/h的值更为接近.由前調和後調流量氧氣的示值误差计算知,前調流量相对误差为43.3%,後調流量相对误差为4.3%.从而可以看出,检定时使用後調流量,其实际流量值与检定点更为接近且相对误差远远小于前調流量.2种看似差别不大的调节流量的方法,对于检定结果却有很大的差异,後調流量可使检定结果更为准确.对于一种介质,由于其每种气体都有各自的特殊性,从而不能充分地说明哪种调节准确度更高,相对误差更小.为了使结果具有普遍性,任意选用另外一种气体进行实验,以便更加清楚地说明结果的普遍性.玻璃轉子流量計检定介质为二氧化碳前調流量和後調流量實驗數據如表3和表4所示.
 

        前調流量實驗數據    
                 
      Tab.3 Experimentaldataofbeforetheflowregulation  
                 
檢測氣體 檢定點/ 起始值/ 終止值/ 時間/ 流量標准裝置內 流量計前氣體
       
  -1     min 气體壓力/ 壓力/
  L·h           Pa Pa
二氧化碳 1000     28.1 1300 22000
     
二氧化碳 1000     28.0 1300 16000
     
二氧化碳 1000     27.8 1300 85600
     
二氧化碳 1000     27.7 1300 75700
     
        後調流量實驗數據    
                 
      Tab.4 Experimentaldataofaftertheflowregulation  
                 
檢測氣體 檢定點/ 起始值/ 終止值/ 時間/ 流量標准裝置內 流量計前氣體
       
  -1     min 气體壓力/ 壓力/
  L·h           Pa Pa
二氧化碳 1000     37.5 1300 80000
     
二氧化碳 1000     36.3 1300 65000
     
二氧化碳 1000     49.7 1300 200000
     
二氧化碳 1000     49.6 1300 195000
     



 
对于以二氧化碳为介质检定轉子流量計时,其检定点同样选择1000L/h,同理根据公式(1)、表3和表4中二氧化碳的实验数据可得二氧化碳前調和後調流量值如圖3所示.
圖3	检定介质为二氧化碳的前調和後調流量值

圖3 检定介质为二氧化碳的前調和後調流量值
  对于前調和後調流量,以每组中4次实际流量值的平均值为前調和後調***后的实际流量值,避免粗大误差对实验结果的影响.同理根据公式(2),二氧化碳修正后检定点的值为806.53L/h,由圖3中前調的平均值与後調平均值可得二氧化碳的示值误差:前調为14.3%,後調为7.0%,其计算过程与氧氣的示值误差计算过程相同.对二氧化碳的数据分析知前調流量平均值为705.81L/h,後調流量平均值为867.41L/h,相比对二氧化碳刻度修正后的检定点,後調流量与密度修正后检定点806.53L/h的值更为接近.前調流量相对误差为14.3%,後調流量相对误差为7.0%.二氧化碳的实验结果更加充分地证明了在对玻璃轉子流量計检定时,使用後調流量可使相对误差大大减小,检定结果更加准确.

 
3、結論:
   从氧氣的实验数据分析可知:前調流量平均值为659.73L/h,後調流量平均值为987.64L/h,後調流量均值与氧氣密度修正后检定点945.44L/h的值更为接近.对于示值误差,前調流量相对误差为43.3%,後調流量相对误差为4.3%,後調流量的误差远远小于前調流量的误差值.从二氧化碳的实验结果分析得到前調流量平均值为705.81L/h,後調流量平均值为867.41L/h,与密度修正后检定点806.53L/h相比较,可以清楚看到後調流量均值更为接近修正后的检定点.二氧化碳前調流量相对误差为14.3%,後調流量相对误差为7.0%,进一步证实了在检定玻璃轉子流量計时使用後調流量可使检定结果更加准确,减小误差对检定结果的影响.

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