音速噴嘴法氣體流量標準裝置是采用氣路循環經過氣體渦輪流量計到噴嘴,然后到氣泵抽氣的全過程進行檢定。采用的是負壓法檢定渦輪流量計,也是目前檢定流量計的重要方法之一,用之比較廣泛。鐘罩式氣體流量標準裝置采用的是正壓法,它是用一定體積量的標準氣體流經渦輪流量計,從而實現了對流量計的檢定,其本身流量范圍比較小,適合檢定口徑比較小的流量計,符合流量計在實際工作中的狀態。本文就兩種檢測方法,檢定同一渦輪流量計的結果進行分析比較,同時對測量結果進行不確定度評定,為以后的研究做出了一定的指導意義。
鐘罩式氣體流量標準裝置(如圖1)是以氣體為介質,對氣體流量計進行檢定、校準和檢驗的標準設備。一般有鐘罩、液槽、發訊機構、壓力補償機構、氣源和試驗管路構成。裝置是由可動的鐘罩和固定的液槽構成一個容積可變的密封空腔。鐘罩下降過程中通過壓力補償機構,使其內部氣體壓力保持一定值,不隨鐘罩浸入密封液中的深度而變化。鐘罩兩擋板之間的容積是固定的,測出兩擋板先后通過光電發訊器所經歷的時間,可計算出瞬時流量。
音速噴嘴法氣體流量標準裝置(如圖2)是以潔凈空氣為介質,其檢測原理是用真空泵1將空氣由被檢表的上游直管段入口吸入,經過被檢表前直管段、被檢表11和被檢表下游直管段進入滯止容器8,在滯止容器的下游,有一組音速噴嘴5,控制音速噴嘴下游的開掛閥門4,可以任意選擇所要開關的音速噴嘴,以達到改變被檢表流量的目的,滯止容器需要測溫6測壓7,代入公式計算可以得到通過音速噴嘴的質量流量,從而實現對被檢表的檢定。
1-鐘罩2-標尺3-擋板4-電訊發生器5-液槽6-調節閥門7-底座8-滑輪9-導柱10-外導輪11-水位計12-水平重錘13-壓力補償機構14-溫度計
1 概述
1.1 測量依據:
JJG1037-2008《渦輪流量計》。
1.2 環境條件
大氣溫度為(23.5±1)℃;大氣相對濕度為(38±1)%RH;大氣壓為(93.2±0.5)k Pa,檢定用介質溫度(18.5±0.2)℃;電源電壓應為(220±22)V,電源頻率應為(50±2.5)Hz;外界磁場、機械振動小到對流量計的影響可以忽略不計。
1.3 測量標準
0.1級鐘罩式氣體流量標準裝置,測量范圍:(0.5~120)m3/h、DN(25~80)mm,檢定介質:空氣。
0.25級音速噴嘴法氣體流量標準裝置,測量范圍:(0.1-15000)m3/h、DN(15~400)mm,檢定介質:潔凈空氣
1.4 被測對象
依據JJG1037-2008渦輪流量計檢定規程,上述0.1級鐘罩式氣體流量標準裝置能夠開展的氣體渦輪流量計準確度等級為(0.5-1.5)級。因此選用DN25mm,流量范圍為(0.5~15.0)m3/h,1.5級的氣體渦輪流量計。
1.5 渦輪流量計工作原理及特點
渦輪流量計是速度式流量計中的主要種類,當被測流體流過渦輪流量計傳感器時,在流體的作用下,葉輪受力旋轉,其轉速與管道平均流速成正比,同時,葉片周期性地切割電磁鐵產生的磁力線,改變線圈的磁通量,根據電磁感應原理,在線圈內將感應出脈動的電勢信號,即電脈沖信號,此電脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比。渦輪流量計具有精度高、重復性好、無零點漂移、高量程比等優點。渦輪流量計擁有高質量軸承、特別設計的導流片,因此極大降低了磨損,對峰值不敏感,甚者惡劣的條件下也可以給出可靠的測量變量。渦輪流量計輸出信號為脈沖,易于數字化。渦輪流量計壓力損失小,葉片能防腐,可以測量粘稠和腐蝕性的介質。
1.6 測量過程
在規定的環境條件下,按JJG1037-2008渦輪流量計檢定規程,將渦輪流量計安裝在(音速噴嘴法)氣體流量標準裝置上,保證流量計與前后直管段同軸安裝。以空氣為檢定介質,調節流量點至*大流量的70%流量點,運行5min,等待介質溫度、壓力和流量穩定后進行正式檢定。
依據檢定規程,1.5級的渦輪流量計檢定流量點分別為:qmin、qt、0.40qmax和qmax。對于量程比≤20:1的流量計,其分界流量qt=0.2qmax。將在第i點第j次測得的被檢流量計脈沖信號與標準氣體流量裝置在該點該次測得的標準體積流量之比作為第i點第j次測量的儀表系數。每個檢定流量點檢定3次,取其平均值作為該流量點的儀表系數。
2 建立數學模型
2.1 數學模型
K為第i次測量被檢流量計的儀表系數,(m3)-1;
Ni為第i次測量被測流量計顯示儀表測得的脈沖數;
Vi為第i次測量標準裝置的累積流量值,m3。
2.2 傳播率公式
3 鐘罩式氣體流量標準裝置輸入量的相對不確定度的評定
3.1 輸入量Ni的相對不確定度urei(Ni)評定
輸入量Ni的不確定度來源主要是流量計測量的不重復性,采用A類評定方法評定。
用一臺DN25mm,測量范圍為:(0.5~15)m3/h的氣體渦輪流量計,流量選擇在*大流量的處測量60秒,累計流量250L,用工控測量設備連續測量6次得到的一組測量列,如表1所示。
表1 流量計重復測量結果(脈沖個數) 下載原表
3.2 輸入量Vi相對不確定度urei(Vi)的評定
輸入量Vi相對不確定度Urei(Vi)不確定度主要來源于氣體流量標準裝置的測量誤差,其不確定度采用B類方法評定。
由于廠家給出該氣體流量標準裝置的擴展不確定度U=0.1%;k=2。
所以Urei(Vi)=0.1%/2=0.05%
根據以上標準不確定度分量匯總見表2。
表2 不確定度分量匯總表 下載原表
3.3 合成相對標準不確定度
故有
3.4 其他給點的測量結果(如表3所示)
表3 其他給點的測量結果 下載原表
3.5 擴展不確定度的評定
取其測量結果重復性作為其*大值,則擴展不確定度為:
4 音速噴嘴法氣體流量標準裝置輸入量的相對不確定度的評定
4.1 輸入量Ni的相對不確定度urei(Ni)評定
輸入量Ni的不確定度來源主要是流量計測量的不重復性,采用A類評定方法評定。
用一臺DN25mm,測量范圍為:(0.5~15)m3/h的氣體渦輪流量計,流量選擇在*大流量的處測量60秒,累計流量250L,用工控測量設備連續測量6次得到的一組測量列,如表4。
表4 流量計重復測量結果(脈沖個數) 下載原表
單次實驗標準差
通常取3次平均值,故
4.2 輸入量Vi相對不確定度urei(Vi)的評定
輸入量Vi相對不確定度Urei(Vi)不確定度主要來源于氣體流量標準裝置的測量誤差,其不確定度采用B類方法評定。
由于廠家給出該氣體流量標準裝置的擴展不確定度U=0.25%;k=2。
所以Urei(Vi)=0.125%/2=0.05%
根據以上標準不確定度分量匯總見表5。
表5 不確定度分量匯總表 下載原表
4.3 合成相對標準不確定度
故有
4.4 其他給點的測量結果(如表6所示)
表6 其他給點的測量 下載原表
4.5 擴展不確定度的評定
取其測量結果重復性作為其*大值,則擴展不確定度為:
5 結論
(1)鐘罩式氣體流量標準裝置測得氣體渦輪流量計的擴展不確定度為0.42%(k=2);音速噴嘴法氣體流量標準裝置測得氣體渦輪流量計的擴展不確定度為0.54%(k=2);兩種測量結果都滿足規程的要求,說明了其檢測結果都可信。
(2)鐘罩式標準裝置在在檢測的過程中,來回升降好多次,耗費時間比較長檢測效率大大下降;而音速噴嘴裝置耗時較短,減低了勞動強度,提高了了檢測效率。
(3)兩種檢測方法都可以說明,無論選擇哪種檢測方式,都能達到預期效果。
