標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制

蔣群

【摘要】隨著經(jīng)濟技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，對氣體流量的計量測試水平也在不斷提高。氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制，為氣體流量的計量與檢測奠定了基礎(chǔ)。本文分析了標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理，確定了其硬件的選型方案，對該裝置進行流量穩(wěn)定性測試，對所用到的儀表進行檢定實驗，為其廣泛應(yīng)用及流量檢測水平的整體提高有著重要意義。

【關(guān)鍵詞】氣體；標(biāo)準(zhǔn)表法；流量；穩(wěn)定性；水平

一、前言

傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)裝置包括有稱量法標(biāo)準(zhǔn)裝置、容積法標(biāo)準(zhǔn)裝置及標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)準(zhǔn)裝置，而其中標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)準(zhǔn)裝置是目前比較廣泛使用的傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置之一。相比于液體流量測量，氣體流量測量要求更高，因此存在的問題相對較多，氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究與應(yīng)用關(guān)系著流量計量與測試技術(shù)發(fā)展水平，是相關(guān)領(lǐng)域非常重視的重要環(huán)節(jié)。與其它方法的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置相比，標(biāo)準(zhǔn)表法具有的優(yōu)勢包括有成本少、結(jié)構(gòu)簡單、易操作、建設(shè)周期短、流量范圍寬以及工作質(zhì)量與效率高等，特別適合于中小型儀表生產(chǎn)廠家對儀表的檢定。

二、標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理

標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的主要工作原理：以標(biāo)準(zhǔn)流量計為標(biāo)準(zhǔn)器，使流體在相同時間間隔內(nèi)連續(xù)通過標(biāo)準(zhǔn)流量計與被檢流量計，比較兩者的輸出流量值，從而確定被檢流量計的計量性能。標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)，一般由泵、試驗管路系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)流量計、被檢流量計、溫度和壓力傳感器等組成。通過流體連續(xù)方程可知，在一定時間內(nèi)，串聯(lián)在同一管道上流量計通過的流體累計容積是相等的。那么，當(dāng)流量穩(wěn)定時，以標(biāo)準(zhǔn)流量計為標(biāo)準(zhǔn)表，分別對被檢和標(biāo)準(zhǔn)兩處的溫度、壓力進行測量，比較兩者的輸出流量值，就能確定被檢流量計的計量性能。標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在使用過程中，要比其他方法結(jié)構(gòu)更簡單、效率更高，而且由于其一條試驗管路可以用一臺或并聯(lián)的多臺標(biāo)準(zhǔn)流量計，所以此類標(biāo)準(zhǔn)裝置有較大的流量范圍。

三、標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置硬件的選型方案

（一） 標(biāo)準(zhǔn)表

標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的標(biāo)準(zhǔn)表部分可以由單臺標(biāo)準(zhǔn)表構(gòu)成，也可以由多臺標(biāo)準(zhǔn)表并聯(lián)組成，一般采用的是重復(fù)性好的羅茨流量計和渦輪流量計。為了滿足設(shè)計指標(biāo)要求，結(jié)合各類流量計各自特點，決定采用兩種流量計并聯(lián)做標(biāo)準(zhǔn)表的方式，這種方法既能擴大標(biāo)準(zhǔn)裝置的流量范圍，又能極大地提高工作效率。

1.羅茨流量計

羅茨流量計通過轉(zhuǎn)子與殼體之間形成一個具有一定標(biāo)準(zhǔn)容積的密閉計量空間，從而反復(fù)計量通過流量計的流體體積。羅茨流量計的工作原理為：當(dāng)氣體通過流量計時，在入口與出口之間產(chǎn)生的壓差使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，通過驅(qū)動齒輪，另一個轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一周，計量空間內(nèi)周期性發(fā)生充氣與排氣。流量增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角速度就會增加，通過連續(xù)循環(huán)工作，流體被分割為若干個單獨的體積部分，利用同步齒輪和計數(shù)裝置計量流經(jīng)計量腔氣體累計體積。這一流量計具有計量精度高、重復(fù)性好、工作壽命長等優(yōu)點，而且對前后直管段要求不高，安裝管道條件對流量計的精度沒有影響。

2.渦輪流量計

渦輪流量計屬于速度式流量計，主要由8部分組成。當(dāng)流體進入管道時，經(jīng)過前導(dǎo)向件引導(dǎo)流體進入流量計，沖擊位于管道中心的渦輪葉片，驅(qū)動渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，在一定程度上渦輪轉(zhuǎn)速與流體流速成正比，從而得到流體流量值。渦輪流量計精確度高、重復(fù)性能好、抗干擾能力強及壓力損失小，但是小口徑的渦輪流量計性能較差，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)表的要求，所以，渦輪流量計適用于大中型口徑的流量測定。

（二）流量控制系統(tǒng)

不同流量計對流體的流量有一定的要求，因此當(dāng)流體通過流量計時，需要對氣體流量進行控制。流量控制系統(tǒng)包括兩種方式，第一種為使用交流異步電機，通過加裝變頻器而改變頻率，控制風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制流量的目的；另一種為在管道上加裝調(diào)節(jié)閥，通過控制其閥門的開度大小而控制氣體的流量。不管是使用哪一種流量控制系統(tǒng)，對控制氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的氣體流量都有著重要作用。

（三）管路系統(tǒng)

管路系統(tǒng)連接整個標(biāo)準(zhǔn)裝置的所有硬件，安裝時接口處需使用螺栓加裝彈簧墊圈，并在兩端管道采用橡膠墊圈密封連接，從而防止漏氣現(xiàn)象的出現(xiàn)。氣源管路與標(biāo)準(zhǔn)表管路之間單獨使用柔性接頭連接，能有效降低由風(fēng)機轉(zhuǎn)動引起機械振動的傳導(dǎo)。被檢流量計管路配置足夠長的前后直管段，被檢流量計離任何上游部件20倍公稱通徑，離任何下游擾動部件10倍公稱通徑；同時，為了達(dá)到有效減少流阻、降低噪音的目的，將管道進出氣口都做成喇機口。

四、流量穩(wěn)定性測試及檢定實驗

為提高該裝置的穩(wěn)定性，在設(shè)計時一般將管網(wǎng)入口段直接接大氣，風(fēng)機在出口端吸氣，因為大氣作為氣源，能夠充分保證裝置的高穩(wěn)定性。采用累積時間內(nèi)氣體流量穩(wěn)定性對該裝置流量穩(wěn)定性檢定。檢定方法為：當(dāng)每條管道為最大流量和最小流量時，分別進行檢定，連續(xù)記錄反映流量大小的輸出信號qi（i=1，2，…，n；n≥60）。則流量平均值為：

五、結(jié)語

總而言之，對標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制，使得計量檢測水平有了一定程度上的提升。標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)簡單、易操作、建設(shè)周期短以及投資成本少，特別適合于中小型儀表生產(chǎn)廠家對儀表的檢定，對其進行研究設(shè)計，有利于標(biāo)準(zhǔn)裝置的廣泛應(yīng)用，對流量計的研發(fā)以及生產(chǎn)水平的提高具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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