在測量流量<20m3/h的過程中,濕式氣體流量計(以下簡稱濕式表、儀表)以其無泄漏的特點和**的測量穩定性,得到廣泛的應用和快速 的發展。荷蘭NMi建立以濕式表為傳遞標準和工作標準的流量測量裝置[1],開展對鐘罩校準測量和膜式燃氣表的型式檢驗。德國PTB以濕式表為標準表,開 展對小喉徑臨界流噴嘴流出系數的校準。我國越來越多的強檢機構和燃氣用具制造廠,依據膜式燃氣表計量檢定規程[2]、燃具實驗室試驗裝置配備要求[3], 建立以濕式表為標準表的計量裝置。
濕式表屬于定排量容積式流量計[4],上上等流量標準對其校準時一般要按照濕式表的整回轉數倍體積進行校準[5]。但濕式表在使用時,單次測量 累積流量一般不是整回轉數倍體積。當測量體積較少時,測量誤差增大,定排量容積式流量計存在回轉誤差這一缺點就顯露出來了。因此,如何確定儀表回轉誤差, 或設置相關條件控制回轉誤差就值得研究和探討。
1 結構與測量原理
濕式表由外殼體、轉筒、計數機構及表盤等組成。濕式表的基本結構如圖1所示。
殼體內盛有低黏度油或清水作為封液,轉筒直徑的3/5浸入在液體中,封液隨氣體流入和流出作順時針轉動。轉筒呈圓筒形,被若干葉片(通常為 3~5片)分隔成互不通氣、理論容積相等的曲折計量容腔,轉軸水平擱置在前后外殼端蓋中心。轉筒后端蓋與葉片組成一個進氣室,開口處是計量腔的進氣口,前 端面葉片開口處是計量腔的排氣口。外殼頂部有一組儀表水平基準器,側面設有液位高度基準器。工作時,利用進出口間的氣體壓差力,推動轉筒旋轉。夾裝在轉筒 主軸上的指針和主動齒輪隨轉筒同步轉動,經一定速比的從動齒輪傳動,將轉筒的旋轉次數轉換成容積,由機械計數器累積計量。高精度濕式表還配裝溫度計、壓力 計、數字信號接口。
圖2為濕式表工作原理圖,數字1、2、3、4為四個鼓輪計量腔的編號。計量腔離開水面是進氣開始,浸入水中時,隨著浸入深度的增加而不斷地把氣體排擠出去。
2 誤差特性
2. 1 示值誤差特性
流量示值誤差是濕式表的重要計量特性。儀表采用液體密封,無泄漏流量存在,其流量示值誤差特性曲線與其他氣體容積式流量計特性曲線有顯著差別。流量越大,表內液位差也越大,計量腔體積增大,示值誤差趨負值。圖3為流量示值誤差曲線示意圖。
由圖3可知,當小于公稱流量Qn時,液位趨于恒定,誤差特性曲線呈近似于平直的理論曲線[6],儀表**度幾乎可校準到傳遞標準的相同量級.
2. 2 回轉誤差特性
回轉誤差是指轉筒在循環轉動一圈的過程中的示值偏差。它反映組成轉筒的若干個計量腔的空間體積的一致程度,即輸出體積對應均勻分布的儀表表盤或 編碼盤(脈沖輸出)的線性度。轉筒循環一個周期間,回轉誤差周期性地出現一次,僅與轉角有關。回轉誤差是系統偏差,轉筒轉動一整圈(360°)的示值誤差 f(Q)只與流量大小有關(當然還與封液水平調整等有關)。參照文獻[7],對轉角為Ф的儀表示值修正f(Q)后,得到的回轉誤差為:
轉筒轉過dΦ角度,儀表示值累加dA為:
函數s(Ф)與計量腔的幾何形狀相關。若計量腔相互間幾何形狀*一致, s(Ф)=U/(2π)為常數, dA=dV*。實際中,各計量腔間的幾何尺寸存在差異,但經分析后得出,這個差異可忽略。對式(5)積分得:
設轉筒的初始轉角位置Ф=0、儀表示值A=0、參比體積V*=0,定義此時的回轉誤差Fp(0)= 0。儀表示值和參比體積都是轉筒轉角的函數,Fp(Ф)值在轉筒每一循環中重復出現一次,周期2π。任意兩位置Ф1和Ф2之間的回轉誤差為:
初始位置Ф1和終止位置Ф2表明回轉誤差僅與轉角有關,與轉了多少圈無關,和Fp(Ф)在兩角度之間的曲線也無關。
3 實驗分析
本實驗選用0. 05級活塞式氣體流量標準裝置,兩臺濕式表的準確度等級均為0.2級。1號實驗表的型號為25L/r、回轉體積為25L、脈沖體積當量為0.025L /P、封液介質為2號白油,制造商為荷蘭愛拓利。2號實驗表的型號為SQ-10、回轉體積為10 L、脈沖體積當量為0.01L/P、封液介質為5號白油,制造商為四川三協儀器儀表有限公司。
試驗按10個均分點,每一點測量3次,取其平均值。修正試驗流量下的示值誤差后,回轉誤差如表1所示。
從實驗數據分析可知,采用整回轉體積測量,無回轉誤差;測量越接近整回轉體積,回轉誤差越小。實驗用兩臺表的準確度等級相同,但其回轉誤差優劣相差很大。若按回轉誤差值計算儀表示值相對誤差,結果將呈現相對誤差超過儀表準確度等級對應的*大允許誤差。
考慮到氣體計量易受溫度、壓力的影響,測量時間不宜過長。從工作效率而言,測量體積也應盡可能的小。一種有效的辦法就是使用整回轉數測量,但實 踐中很難做到。根據儀表回轉誤差的大小規定其*小測量體積,不失為一種有效控制測量誤差的辦法。濕式表的體積讀數與轉角成正比,實際測量時的參數是體積而 不是轉角Ф,根據式(6)有:
不同的濕式表有不同的回轉誤差曲線;同一濕式表若指針安裝位置改變,回轉誤差曲線也改變。根據所得回轉誤差FP(Ai)、*大和*小回轉誤差以及指針的相對位置(讀數Ai),按式(7)所表達的極值差,可知出現誤差*大(*大回轉誤差)的位置,即:
若要求濕式表回轉誤差不超過0. 25%、規定相鄰U/10刻度值之間的偏差不超過10%,那么允許*小測量體積為:
*少回轉圈數為:
由表1知,1號流量表的允許*小測量體積、*少回轉圈數、相鄰刻度間的偏差分別為:
濕式表相臨間的回轉誤差較大,不滿足式(11)。
2號流量表的偏差計算如下:
4 結束語
濕式氣體流量計的誤差特性曲線是指流量示值誤差校準曲線和回轉誤差特性曲線。制造商明示的儀表準確度等級,通常是指使用整回轉測量時的測量精 度。相同準確度等級的儀表,回轉誤差優劣有可能相差很大,建議對該類流量計的校準應增加回轉誤差試驗項目,在測量不確定度評定時不應遺忘該分量。濕式氣體流量計的使用特點是整回轉體積使用,整回轉體積測量有困難時,可依據回轉誤差的大小,規定其*小測量體積,以控制儀表回轉誤差引入的測量誤差。
