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玻璃轉子流量計檢定前調與后調流量的對比
發布時間:2019-09-25

  在實際工作中,由于工作習慣或是其他原因,不少人采用前調氣體的流量來檢定玻璃轉子流量計。在檢定中對氣體流量的調節,前調和后調都能起到調節流量的作用,但是前調和后調到底有多大的差異,沒有確定的論證。針對這一問題,筆者通過實驗,利用容積法對玻璃轉子流量計進行檢定,根據實測數據結合建立的數學模型,對前調與后調流量兩種方法進行了對比分析。
一、玻璃轉子流量計的檢定原理及數學模型
  玻璃轉子流量計的檢定依據JJG257-2007《轉子流量計》檢定規程進行,檢定時采用鐘罩式氣體流量標準裝置。鐘罩式氣體流量標準裝置在我國大量使用,是氣體流量計量的傳遞標準和氣體流量計檢定的主要設備之一。這種裝置的工作壓力一般小于10000Pa,最大流量取決于鐘罩的體積大小及測試技術。根據目前國內的資料及現實的實驗條件,其鐘罩作為標準測量的最大流量可達4500m3/h,裝置的準確度優于±0.5%。
  鐘罩式氣體流量標準裝置檢定玻璃轉子流量計的工作原理是,首先打開進氣閥,關閉出氣閥,開動氣泵使氣體通過導管流入氣體流量標準裝置的工作量器內,當鐘罩上升到最高位置時,關閉氣泵,停止一段時間后,待標準容器內氣體的溫度穩定時,開始檢定流量計。鐘罩式氣體流量標準裝置本身是一個恒壓源并給出標準容積的裝置。打開出氣閥和調節閥,鐘罩以一定的速度下降,到達預定位置開始計時,流量計開始計數,到達預定位置時,停止計時、計數測出鐘罩排出的氣體體積、溫度和時間,鐘罩內的氣體通過導氣管經被檢定的流量計流入大氣,計算出流量計在刻度狀態下的實際流量和示值誤差。實際流量值Q(m3/h)可根據式(1)計算得出:

  式中:V———流量標準裝置內排出的氣體體積,m3;τ———在排出裝置內的時間,h;PN、PS、Pm———標準狀態下、流量標準裝置內和流量計前的氣體絕對壓力,Pa,PN=101325Pa;TN、TS、Tm———標準狀態下、流量標準裝置內和流量計前的氣體絕對溫度,K,TN=273.15+20=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。
二、實驗數據處理
1.氣體測量刻度換算
  日常使用的轉子流量計由于受其制造廠家標定設備的限制,通常只能用水或空氣進行標定。所以,試驗中所用的檢定介質為非標定介質,應對轉子流量計讀數進行修正,也稱為刻度換算。本實驗中標準狀態下的檢定點為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,忽略了黏度對氣體的影響。在實驗時將檢定溫度設為常溫,但介質不是干空氣,所以要對流量示值進行修正,可用式(3)求出檢定介質的修正值。

  式中:qv0———流量計的氣體示值(流量或輸出信號所對應的流量);ρ01———使用氣體在刻度狀態下的密度;qv、P、T———工作狀態下的氣體流量換算到標準狀態下的流量、被測氣體的壓力(即表壓力與大氣壓力之和)及溫度;ρ0、P0、T0———標準狀態下被測干氣體的密度、壓力及開爾文溫度,P0=101325Pa。
  標準狀態下氧氣的密度為1.331kg/m3,二氧化碳的密度為1.829kg/m3,空氣的密度為1.205kg/m3,根據式(3),可以得到氧氣修正后的檢定點為945.44L/h,二氧化碳修正后的檢定點為806.53L/h。
2.氧氣和二氧化碳實驗結果的分析與計算
玻璃轉子流量計檢定氧氣前調流量和后調流量實驗數據如表1、表2所示。

  在檢定玻璃轉子流量計時,以上一組數據是以氧氣為介質進行實驗的,不同壓力下所對應的兩個值分別為Ps、Pm,即流量標準裝置內和流量計前氣體的絕對壓力。實驗中標準狀態下的檢定點為1000L/h,根據式(3)對氧氣修正后的檢定點為945.44L/h。
根據式(1)和表1、表2可得前調和后調流量值,如圖1所示。
根據式(2),介質為氧氣的前調及后調流量的示值誤差如下:

玻璃轉子流量計檢定介質為氧氣的前調和后調流量值圖示

  實驗中,對于檢定時氣體流量的前調和后調分別采集了3組數據,將3組數據求得的平均值作為最后的實際流量值,使檢定結果更加準確。從以上實驗結果看,對氧氣的數據分析可知前調流量平均值為659.73L/h,后調流量平均值為987.64L/h,相比刻度修正后氧氣的檢定點,后調流量與密度修正后檢定點945.44L/h的值更為接近。由前調和后調流量氧氣的示值誤差計算可知,前調流量相對誤差為43.3%,后調流量相對誤差為4.3%。從而可以看出,檢定時使用后調流量,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流量。兩種看似差別不大的調節流量的方法,對于檢定結果卻有很大的差異,后調流量可使檢定結果更為準確。對于一種介質,由于其每種氣體都有各自的特殊性,不能充分地說明哪種調節準確度更高,相對誤差更小。為了使結果具有普遍性,任意選用另外一種氣體進行實驗,以便更清楚地說明結果的普遍性。
玻璃轉子流量計檢定二氧化碳前調流量和后調流量實驗數據如表3、表4所示。
  對于以二氧化碳為介質檢定轉子流量計時,其檢定點同樣選擇1000L/h,同理根據式(1)和表3、表4可得二氧化碳前調和后調流量值,如圖2所示。


  對于前調和后調流量,以每組中4次實際流量值的平均值作為前調和后調最后的實際流量值,避免粗大誤差對實驗結果的影響。同理根據式(2),二氧化碳修正后檢定點的值為806.53L/h,由圖2中前調的平均值與后調平均值可得二氧化碳的示值誤差:前調為14.3%,后調為7.0%,其計算過程與氧氣的示值誤差計算過程相同。
  對二氧化碳的數據分析可知前調流量平均值為705.81L/h,后調流量平均值為867.41L/h,較之于二氧化碳刻度修正后的檢定點,后調流量與密度修正后檢定點806.53L/h的值更為接近。前調流量相對誤差為14.3%,后調流量相對誤差為7.0%。二氧化碳的實驗結果充分證明了在檢定玻璃轉子流量計時,使用后調流量可使相對誤差大大減小,檢定結果更加準確。
三、結束語
  實驗結果證明,在檢定玻璃轉子流量計時,看似沒有差別的兩種調節方法,其檢定結果差異很大,對于檢定結果的準確性而言,后調流量遠遠優于前調流量。實際檢定時,建議將前調控制閥完全打開,使用后調流量調節閥。

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