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玻璃轉子流量計檢定過程中問題解決


文章日期:2018-06-26|閱讀數:


摘 要:玻璃轉子流量計在檢定過程中,因調節氣體流量的方法不同會直接影響檢定結果的準確度.針對這一問題,采用氧氣、二氧化碳2種氣體分別作為檢定介質,利用容積法對玻璃轉子流量計分別采用前調與后調流量的方法進行對比實驗.根據實測實驗數據進行分析研究,證實了對氣體流量的調節采用后調流量的方法,可使檢定誤差大大減小,因而進一步提高了檢定結果的準確度.這不僅對于實際檢定工作中提高檢定準確度有著重要的意義,同時提高了流量計實際使用時的準確性.
  在工礦企業中,需要進行氣體流量測量的場合隨處可見.目前,氣體流量的計量問題成為我國計量儀表發展的重點,很多問題都尚未得到解決.此外,氣體流量計的品種也不齊全,特別是大口徑、大流量的氣體流量計存在很多的問題.因此對于氣體流量計的準確性及其傳遞有著更為嚴格的要求[1].在流量計的實際使用過程中,一般都從儀器的選擇方面提高測量結果的準確度,但卻常常忽略了從***初的檢定來減小誤差的影響.但事實上,只有確保了檢定的準確性,才能減小氣體流量計使用誤差,從而進一步提高測量的準確度.

  在實際工作中,多數檢定人員沒有意識到前調和后調的區別,但是2種看似差別不大的調節方式對檢定結果影響很大。目前針對這個問題多是理論分析,缺乏實驗數據驗證,本課題針對上述情況在前期進行了實驗設計并獲得了大量的實驗數據.根據實測數據結合建立的數學模型,來對前調與后調流量2種方法進行對比分析.同時對于如何在檢定玻璃轉子流量計時提高檢定精度方面做了研究,并提出了有效的解決方法,從而大大減小了玻璃轉子流量計檢定誤差.
 
1、轉子流量計的檢定原理與數學模型:
  轉子流量計的檢定標準是根據JJG257-2007轉子流量計檢定規程而進行的[2],檢定時采用鐘罩式氣體流量標準裝置.鐘罩式氣體流量標準裝置如圖1所示[3-4].圖中的鐘罩是一個上部有頂蓋,下部開口的容器,筒體內盛滿水或者不易揮發的油.由于液封的作用,使得鐘罩成為一個密封的容器.進氣閥上的導管插入鐘罩內,頂端露出液面,其高度以鐘罩下降到較低點時不碰到鐘罩頂蓋為宜.為了避免鐘罩下降時晃動,通過導輪、定滑輪及配重錘來調節鐘罩內的壓力.檢定玻璃轉子流量計的工作原理是首先打開進氣閥門,關閉出氣閥,開動氣泵使氣體通過導管流入氣體流量標準裝置的工作量器內.當鐘罩上升到***高位置時,關閉氣泵,停一段時間后,待標準容器內氣體的溫度穩定時,開始檢定流量計.鐘罩式氣體流量標準裝置本身是一個恒壓源并給出標準容積的裝置.打開出氣閥和調節閥,鐘罩以一定的速度下降.此時開始計時,流量計開始計數,測出鐘罩排出的氣體體積、溫度和時間,鐘罩內的氣體通過導氣管經被檢定的流量計流入大氣,計算出流量計在刻度狀態下的實際流量和示值誤差.實際流量值可根據公式(1)計算得出[5]
      VP ()
                                 
                =0.0538τ       
τ  
                       
式中,, 分別為流量標準裝置內排出的氣體體積,排出裝置的時間. , , 分別為標準狀態下、流量標
τ
 
準裝置內和流量計前的氣體壓力, =101325Pa. , 分別為標準狀態下、流量標準裝置內和流量計前的氣體溫度 = 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為[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.鐘罩式氣體流量標準裝置如圖1所示.
 圖1	鐘罩式氣體流量標準裝置

 
圖1 鐘罩式氣體流量標準裝置

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廠家標定設備的限制,通常只能用水或者空氣來進行標
 
定,所以實驗中所用的檢定介質為非標定介質,應對轉子流量計讀數進行修正也稱為刻度換算.本實驗中標
 
準狀態下檢定點為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,忽略黏度對流體氣體的影響.在實驗時的檢定溫度設定為常溫.介質不是
干空氣,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, 為流量計的氣體示值流量或輸出信號所對應的流量 ρ01 為使用氣體在刻度狀態下的密度 ,,
         pT
分別為工作狀態下的氣體流量換算到標準狀態下的流量,被測氣體的壓力(即表壓力與大氣壓力之和)及溫
ρ , , 分別為標準狀態下被測干氣體的密度、壓力及開爾文溫度, =101325Pa.    
   T                      
    標準狀態下氧氣的密度是   / ,二氧化碳的密度為   / ,空氣的密度為
            1.331kgm         1.829kg   1.205kgm.
根據修正公式(),可以得到氧氣修正后檢定點為   /,二氧化碳修正后檢定點為  
                  945.44Lh       806.53Lh.
2.2 氧氣和二氧化碳實驗結果的分析與計算                  
                             
    玻璃轉子流量計檢定介質為氧氣前調流量和后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/ 流量標準裝置內氣 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
                 
                             
              后調流量實驗數據          
                                 
            Tab.2 Experimentaldataofaftertheflowregulation      
                               
    檢測氣體   檢定點/( -1) 起始值/ 終止值/ 時間/ 流量標準裝置內氣 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
                 
                                   
 
在檢定玻璃轉子流量計時,以上一組數據是以氧氣為介質進行實驗,壓力下所對應的2個值分別為,即流量標準裝置內和流量計前氣體的壓力.實驗中標準狀態下檢定點為1000L/h,根據公式(3),對氧氣修正后的檢定點為945.44L/h.根據公式(1)、表1以及表2中氧氣的實驗數據可得前調和后調流量值如圖2所示.
圖2	檢定介質為氧氣的前調和后調流量值  Fig.2 Testmediumfortheoxygenbeforeorafterthetransferflowrate

圖2 檢定介質為氧氣的前調和后調流量值
 
Fig.2 Testmediumfortheoxygenbeforeorafterthetransferflowrate
根據公式(2),介質為氧氣的前調及后調流量的示值誤差
 
前調           945.44-659.73       ()
           
  δ =   ×100%=   659.73 ×100% =43.3%  
后調     945.44-987.64       ()
  δ =     ×100%=   987.64   ×100% =4.3%.
 
實驗中,對于檢定時氣體流量的前調和后調都分別采集了3組數據,對于3組數據求得的平均值作為***后的實際流量值,使檢定結果更加準確.從以上的實驗結果來看,對氧氣的數據分析知前調流量平均值為659.73L/h,后調流量平均值為987.64L/h,相比刻度修正后氧氣的檢定點,后調流量與密度修正后檢定點945.44L/h的值更為接近.由前調和后調流量氧氣的示值誤差計算知,前調流量相對誤差為43.3%,后調流量相對誤差為4.3%.從而可以看出,檢定時使用后調流量,其實際流量值與檢定點更為接近且相對誤差遠遠小于前調流量.2種看似差別不大的調節流量的方法,對于檢定結果卻有很大的差異,后調流量可使檢定結果更為準確.對于一種介質,由于其每種氣體都有各自的特殊性,從而不能充分地說明哪種調節準確度更高,相對誤差更小.為了使結果具有普遍性,任意選用另外一種氣體進行實驗,以便更加清楚地說明結果的普遍性.玻璃轉子流量計檢定介質為二氧化碳前調流量和后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/ 流量標準裝置內 流量計前氣體
       
  -1     min 氣體壓力/ 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
     
        后調流量實驗數據    
                 
      Tab.4 Experimentaldataofaftertheflowregulation  
                 
檢測氣體 檢定點/ 起始值/ 終止值/ 時間/ 流量標準裝置內 流量計前氣體
       
  -1     min 氣體壓力/ 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
     

 
對于以二氧化碳為介質檢定轉子流量計時,其檢定點同樣選擇1000L/h,同理根據公式(1)、表3和表4中二氧化碳的實驗數據可得二氧化碳前調和后調流量值如圖3所示.
圖3	檢定介質為二氧化碳的前調和后調流量值

圖3 檢定介質為二氧化碳的前調和后調流量值
  對于前調和后調流量,以每組中4次實際流量值的平均值為前調和后調***后的實際流量值,避免粗大誤差對實驗結果的影響.同理根據公式(2),二氧化碳修正后檢定點的值為806.53L/h,由圖3中前調的平均值與后調平均值可得二氧化碳的示值誤差:前調為14.3%,后調為7.0%,其計算過程與氧氣的示值誤差計算過程相同.對二氧化碳的數據分析知前調流量平均值為705.81L/h,后調流量平均值為867.41L/h,相比對二氧化碳刻度修正后的檢定點,后調流量與密度修正后檢定點806.53L/h的值更為接近.前調流量相對誤差為14.3%,后調流量相對誤差為7.0%.二氧化碳的實驗結果更加充分地證明了在對玻璃轉子流量計檢定時,使用后調流量可使相對誤差大大減小,檢定結果更加準確.
 
3、結論:
   從氧氣的實驗數據分析可知:前調流量平均值為659.73L/h,后調流量平均值為987.64L/h,后調流量均值與氧氣密度修正后檢定點945.44L/h的值更為接近.對于示值誤差,前調流量相對誤差為43.3%,后調流量相對誤差為4.3%,后調流量的誤差遠遠小于前調流量的誤差值.從二氧化碳的實驗結果分析得到前調流量平均值為705.81L/h,后調流量平均值為867.41L/h,與密度修正后檢定點806.53L/h相比較,可以清楚看到后調流量均值更為接近修正后的檢定點.二氧化碳前調流量相對誤差為14.3%,后調流量相對誤差為7.0%,進一步證實了在檢定玻璃轉子流量計時使用后調流量可使檢定結果更加準確,減小誤差對檢定結果的影響.


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