在實(shí)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(lái)檢定玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。在檢定中對(duì)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(méi)有確定的論證。針對(duì)這一問(wèn)題，筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)，利用容積法對(duì)玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行檢定，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)前調(diào)與后調(diào)流量?jī)煞N方法進(jìn)行了對(duì)比分析。
一、玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的檢定原理及數(shù)學(xué)模型
玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的檢定依據(jù)JJG257-2007《轉(zhuǎn)子流量計(jì)》檢定規(guī)程進(jìn)行，檢定時(shí)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(guó)大量使用，是氣體流量計(jì)量的傳遞標(biāo)準(zhǔn)和氣體流量計(jì)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(cè)試技術(shù)。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)的資料及現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)條件，其鐘罩作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(jì)的工作原理是，首先打開(kāi)進(jìn)氣閥，關(guān)閉出氣閥，開(kāi)動(dòng)氣泵使氣體通過(guò)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(shí)，關(guān)閉氣泵，停止一段時(shí)間后，待標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)氣體的溫度穩(wěn)定時(shí)，開(kāi)始檢定流量計(jì)。鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置本身是一個(gè)恒壓源并給出標(biāo)準(zhǔn)容積的裝置。打開(kāi)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(kāi)始計(jì)時(shí)，流量計(jì)開(kāi)始計(jì)數(shù)，到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，停止計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)測(cè)出鐘罩排出的氣體體積、溫度和時(shí)間，鐘罩內(nèi)的氣體通過(guò)導(dǎo)氣管經(jīng)被檢定的流量計(jì)流入大氣，計(jì)算出流量計(jì)在刻度狀態(tài)下的實(shí)際流量和示值誤差。實(shí)際流量值Q(m3/h)可根據(jù)式(1)計(jì)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(shí)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(jì)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(jì)前的氣體溫度，K，TN=273.15+20=293.15K。
將實(shí)際流量值Q與被檢流量計(jì)的顯示值Q′相比較，利用式(2)可計(jì)算出被檢流量計(jì)示值相對(duì)誤差為
式中：δV——被檢流量計(jì)示值相對(duì)誤差；Q′——被檢流量計(jì)的顯示值；Q——實(shí)際流量值。
二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
1.氣體測(cè)量刻度換算
玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(yàn)中所用的檢定介質(zhì)為非標(biāo)定介質(zhì)，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正，也稱為刻度換算。本實(shí)驗(yàn)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(cè)量不同氣體時(shí)要進(jìn)行刻度換算。流量計(jì)的換算問(wèn)題，實(shí)際上就是對(duì)于不同的流體浮子處于同一高度時(shí)，所反映出的流量值不同。這里使用了簡(jiǎn)化后的刻度氣體換算公式，忽略了黏度對(duì)氣體的影響。在實(shí)驗(yàn)時(shí)將檢定溫度設(shè)為常溫，但介質(zhì)不是干空氣，所以要對(duì)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(jì)的氣體示值(流量或輸出信號(hào)所對(duì)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(cè)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(cè)干氣體的密度、壓力及開(kāi)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(duì)于前調(diào)和后調(diào)流量，以每組中4次實(shí)際流量值的平均值作為前調(diào)和后調(diào)zui后的實(shí)際流量值，避免粗大誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)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(jì)算過(guò)程與氧氣的示值誤差計(jì)算過(guò)程相同。
對(duì)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(duì)誤差為14.3%，后調(diào)流量相對(duì)誤差為7.0%。二氧化碳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分證明了在檢定玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)，使用后調(diào)流量可使相對(duì)誤差大大減小，檢定結(jié)果更加準(zhǔn)確。
三、結(jié)束語(yǔ)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在檢定玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)，看似沒(méi)有差別的兩種調(diào)節(jié)方法，其檢定結(jié)果差異很大，對(duì)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(shí)際檢定時(shí)，建議將前調(diào)控制閥*打開(kāi)，使用后調(diào)流量調(diào)節(jié)閥。
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