摘要：玻璃轉(zhuǎn)子流量計在檢定過程中，因調(diào)節(jié)氣體流量的方法不同會直接影響檢定結(jié)果的精度．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(zhì)，利用容積法對玻璃轉(zhuǎn)子流量計分別采用前調(diào)與后調(diào)流量的方法進行對比實驗．根據(jù)實測實驗數(shù)據(jù)進行分析研究，證實了對氣體流量的調(diào)節(jié)采用后調(diào)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(jié)果的精度．這不僅對于實際檢定工作中提高檢定精度有著重要的意義，同時提高了流量計實際使用時的正確率．
在工礦企業(yè)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(fā)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正確率及其傳遞有著更為嚴格的要求．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(jié)果的精度，但卻常常忽略了從最初的檢定來減小誤差的影響．但事實上，只有確保了檢定的正確率，才能減小氣體流量計使用誤差，從而進一步提高測量的精度．
在實際工作中，多數(shù)檢定人員沒有意識到前調(diào)和后調(diào)的區(qū)別，但是2種看似差別不大的調(diào)節(jié)方式對檢定結(jié)果影響很大。目前針對這個問題多是理論分析，缺乏實驗數(shù)據(jù)驗證，本課題針對上述情況在前期進行了實驗設(shè)計并獲得了大量的實驗數(shù)據(jù)．根據(jù)實測數(shù)據(jù)結(jié)合建立的數(shù)學(xué)模型，來對前調(diào)與后調(diào)流量2種方法進行對比分析．同時對于如何在檢定玻璃轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子流量計檢定誤差．
1轉(zhuǎn)子流量計的檢定原理與數(shù)學(xué)模型
轉(zhuǎn)子流量計的檢定標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)JJG257-2007轉(zhuǎn)子流量計檢定規(guī)程而進行的LI,檢定時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)裝置如圖1所示8-41.圖中的鐘罩是一個上部有頂蓋，下部開口的容器，筒體內(nèi)盛滿水或者不易揮發(fā)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(dǎo)管插入鐘罩內(nèi),頂端露出液面,其高度以鐘罩下降到最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(dǎo)輪、定滑輪及配重錘來調(diào)節(jié)鐘罩內(nèi)的壓力.檢定玻璃轉(zhuǎn)子流量計的工作原理是首先打開進氣閥門,關(guān)閉出氣閥,開動氣泵使氣體通過導(dǎo)管流入氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作量器內(nèi).當(dāng)鐘罩上升到最高位置時,關(guān)閉氣泵,停一段時間后,待標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)氣體的溫度穩(wěn)定時,開始檢定流量計.鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置本身是一個恒壓源并給出標(biāo)準(zhǔn)容積的裝置.打開出氣閥和調(diào)節(jié)閥,鐘罩以一定的速度下降.此時開始計時,流量計開始計數(shù)，測出鐘罩排出的氣體體積、溫度和時間,鐘罩內(nèi)的氣體通過導(dǎo)氣管經(jīng)被檢定的流量計流入大氣,計算出流量計在刻度狀態(tài)下的實際流量和示值誤差.實際流量值可根據(jù)公式(1)計算得出：
式中,V,τ分別為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)排出的氣體體積,排出裝置的時間.Pv,Ps,Pm分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計前的氣體絕對壓力,PN=101325Pa.Tw,Ts,Tm分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計前的氣體絕對溫度,Tn=(273.15+20)K=293.15K.將實際流量值Q與被檢流量計的顯示值Q'相比較,利用公式(2)可計算出被檢流量計示值相對誤差為：
式中，δｖ———被檢流量計示值相對誤差，Ｑ′———被檢流量計的顯示值，Ｑ———實際流量值．鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置如圖1所示．
2實驗數(shù)據(jù)處理
2.1氣體測量刻度換算
日常使用的轉(zhuǎn)子流量計,由于轉(zhuǎn)子流量計制造廠家標(biāo)定設(shè)備的限制，通常只能用水或者空氣來進行標(biāo)定,所以實驗中所用的檢定介質(zhì)為非標(biāo)定介質(zhì),應(yīng)對轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)進行修正也稱為刻度換算.本實驗中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)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(shè)定為常溫.介質(zhì)不是干空氣,所以要對流量示值進行修正,可用公式(3),求出檢定介質(zhì)的修正值.
式中,qv0為流量計的氣體示值流量或輸出信號所對應(yīng)的流量.ρ01為使用氣體在刻度狀態(tài)下的密度.qv,p,T分別為工作狀態(tài)下的氣體流量換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量,被測氣體的壓力(即表壓力與大氣壓力之和)及溫.度.ρ0，p0,T0分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測干氣體的密度、壓力及開爾文溫度,p0=101325Pa.
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧氣的密度是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)修正公式(3),可以得到氧氣修正后檢定點為945.44L/h,二氧化碳修正后檢定點為806.53L/h.
2.2氧氣和二氧化碳實驗結(jié)果的分析與計算
玻璃轉(zhuǎn)子流量計檢定介質(zhì)為氧氣前調(diào)流量和后調(diào)流量實驗數(shù)據(jù)如表1和表2所示.
在檢定玻璃轉(zhuǎn)子流量計時,以上一組數(shù)據(jù)是以氧氣為介質(zhì)進行實驗,壓力下所對應(yīng)的2個值分別為ps，pm,即流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計前氣體的絕對壓力.實驗中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下檢定點為1000L/h,根據(jù)公式(3)，對氧氣修正后的檢定點為945.44L/h.根據(jù)公式(1)、表1以及表2中氧氣的實驗數(shù)據(jù)可得前調(diào)和后調(diào)流量值如圖2所示.
實驗中,對于檢定時氣體流量的前調(diào)和后調(diào)都分別采集了3組數(shù)據(jù),對于3組數(shù)據(jù)求得的平均值作為最后的實際流量值,使檢定結(jié)果更加正確.從以上的實驗結(jié)果來看,對氧氣的數(shù)據(jù)分析知前調(diào)流量平均值為659.73L/h,后調(diào)流量平均值為987.64L/h,相比刻度修正后氧氣的檢定點,后調(diào)流量與密度修正后檢定點945.44L/h的值更為接近.由前調(diào)和后調(diào)流量氧氣的示值誤差計算知,前調(diào)流量相對誤差為43.3%,后調(diào)流量相對誤差為4.3%.從而可以看出,檢定時使用后調(diào)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(diào)流量.2種看似差別不大的調(diào)節(jié)流量的方法,對于檢定結(jié)果卻有很大的差異，后調(diào)流量可使檢定結(jié)果更為正確.對于一種介質(zhì),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(diào)節(jié)精度更高,相對誤差更小.為了使結(jié)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(jié)果的普遍性.玻璃轉(zhuǎn)子流量計檢定介質(zhì)為二氧化碳前調(diào)流量和后調(diào)流量實驗數(shù)據(jù)如表3和表4所示.
對于以二氧化碳為介質(zhì)檢定轉(zhuǎn)子流量計時,其檢定點同樣選擇1000L/h,同理根據(jù)公式(1)、表3和表4中二氧化碳的實驗數(shù)據(jù)可得二氧化碳前調(diào)和后調(diào)流量值如圖3所示.
對于前調(diào)和后調(diào)流量,以每組中4次實際流量值的平均值為前調(diào)和后調(diào)最后的實際流量值,避免粗大誤差對實驗結(jié)果的影響.同理根據(jù)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(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%,其計算過程與氧氣的示值誤差計算過程相同.
對二氧化碳的數(shù)據(jù)分析知前調(diào)流量平均值為705.81L/h,后調(diào)流量平均值為867.41L/h,相比對二氧化碳刻度修正后的檢定點,后調(diào)流量與密度修正后檢定點806.53L/h的值更為接近.前調(diào)流量相對誤差為14.3%,后調(diào)流量相對誤差為7.0%.二氧化碳的實驗結(jié)果更加充分地證明了在對玻璃轉(zhuǎn)子流量計檢定時，使用后調(diào)流量可使相對誤差大大減小，檢定結(jié)果更加正確.
3結(jié)論
從氧氣的實驗數(shù)據(jù)分析可知:前調(diào)流量平均值為659.73L/h,后調(diào)流量平均值為987.64L/h,后調(diào)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(diào)流量相對誤差為43.3%,后調(diào):流量相對誤差為4.3%,后調(diào)流量的誤差遠遠小于前調(diào)流量的誤差值.從二氧化碳的實驗結(jié)果分析得到前調(diào)流量平均值為705.81L/h,后調(diào)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(diào)流量均值更為接近修正后的檢定點.二氧化碳前調(diào)流量相對誤差為14.3%,后調(diào)流量相對誤差為7.0%,進一步證實了在檢定玻璃轉(zhuǎn)子流量計時使用后調(diào)流量可使檢定結(jié)果更加正確，減小誤差對檢定結(jié)果的影響.
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