玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢定過程中問題解決
摘 要：玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)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)果的準(zhǔn)確度．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(jì)分別采用前調(diào)與后調(diào)流量的方法進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)．根據(jù)實(shí)測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，證實(shí)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(jìn)一步提高了檢定結(jié)果的準(zhǔn)確度．這不僅對于實(shí)際檢定工作中提高檢定準(zhǔn)確度有著重要的意義，同時(shí)提高了流量計(jì)實(shí)際使用時(shí)的準(zhǔn)確性．
在工礦企業(yè)中，需要進(jìn)行氣體流量測量的場合隨處可見．目前，氣體流量的計(jì)量問題成為我國計(jì)量儀表發(fā)展的重點(diǎn)，很多問題都尚未得到解決．此外，氣體流量計(jì)的品種也不齊全，特別是大口徑、大流量的氣體流量計(jì)存在很多的問題．因此對于氣體流量計(jì)的準(zhǔn)確性及其傳遞有著更為嚴(yán)格的要求［１］．在流量計(jì)的實(shí)際使用過程中，一般都從儀器的選擇方面提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，但卻常常忽略了從***初的檢定來減小誤差的影響．但事實(shí)上，只有確保了檢定的準(zhǔn)確性，才能減小氣體流量計(jì)使用誤差，從而進(jìn)一步提高測量的準(zhǔn)確度．
| Ｖ | Ｐｓ | ＴＮＴｍ | ＶＰｓ | Ｔｍ | ， | （） | ||||||||||
| ＝０．０５３８τ Ｔｓ | ||||||||||||||||
| Ｑ＝ | τ Ｔｓ | ＰＮｐｍ | Ｐｍ | １ | ||||||||||||
| 槡 | 槡 | |||||||||||||||
式中，Ｖ， 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(shí)間．Ｐ ，Ｐ ，Ｐ 分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、流量標(biāo)
τ Ｎ ｓ ｍ
準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計(jì)前的氣體壓力，ＰＮ ＝１０１３２５Ｐａ．ＴＮ ，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(jì)前的氣體溫度，ＴＮ ＝ （２７３．１５＋２０）Ｋ＝２９３．１５Ｋ．將實(shí)際流量值Ｑ 與被檢流量計(jì)的顯示值Ｑ′相比較，利用公式（２）可計(jì)算出被檢流量計(jì)示值相對誤差為［５］
| Ｑ′－Ｑ | ， | （） | |||
| δＶ ＝ | Ｑ | ×１００ | ２ | ||
式中，δｖ——— 被檢流量計(jì)示值相對誤差，Ｑ′——— 被檢流量計(jì)的顯示值，Ｑ——— 實(shí)際流量值．鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置如圖１所示．
圖１ 鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置
２、實(shí)驗(yàn)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(jì)，由于轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(jìn)行標(biāo)
定，所以實(shí)驗(yàn)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(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正也稱為刻度換算．本實(shí)驗(yàn)中標(biāo)
準(zhǔn)狀態(tài)下檢定點(diǎn)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(shí)要進(jìn)行刻度
換算．流量計(jì)的換算問題，實(shí)際上就是對于不同的流體浮子處于同一高度時(shí)，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(shí)驗(yàn)時(shí)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(jìn)行修正，可用公式（），求出檢定介質(zhì)的修正值［６－７］ | ||||||||
| ３ | ||||||||
| ρ０ｐ０Ｔ | ， | （） | ||||||
| ｑｖ ＝ｑｖ０ | 槡ρ | ３ | ||||||
| ０１ｐＴ０ | ||||||||
| 式中， | 為流量計(jì)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 | ，， | ||||
| ｑｖ０ | ．ｑｖ ｐＴ | |||||||
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 | ， ， | 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， | ＝１０１３２５Ｐａ． | |||||||||||||
| ｐ０ Ｔ０ | ｐ０ | ||||||||||||||||
| 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧氣的密度是 | ／ ３，二氧化碳的密度為 | ／ ３，空氣的密度為 | ／ ３ | ||||||||||||||
| １．３３１ｋｇｍ | １．８２９ｋｇ | ｍ | １．２０５ｋｇｍ． | ||||||||||||||
| 根據(jù)修正公式（），可以得到氧氣修正后檢定點(diǎn)為 | ／，二氧化碳修正后檢定點(diǎn)為 | ／ | |||||||||||||||
| ３ | ９４５．４４Ｌｈ | ８０６．５３Ｌｈ． | |||||||||||||||
| ２．２ | 氧氣和二氧化碳實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與計(jì)算 | ||||||||||||||||
| 玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢定介質(zhì)為氧氣前調(diào)流量和后調(diào)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表１和表２所示． | |||||||||||||||||
| 表 | １ | 前調(diào)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) | |||||||||||||||
| Ｔａｂ．１ | Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｏｆｂｅｆｏｒｅｔｈｅｆｌｏｗｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ | ||||||||||||||||
| 檢測氣體 檢定點(diǎn)／（ | －１） 起始值／ | 終止值／ | 時(shí)間／ | 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)氣 | 流量計(jì)前氣體 | ||||||||||||
| Ｌ·ｈ | Ｌ | Ｌ | ｍｉｎ | 體壓力／ | 壓力／ | ||||||||||||
| Ｐａ | Ｐａ | ||||||||||||||||
| 氧氣 | １０００ | ０ | ３１．５ | ２ | １３００ | ８５０００ | |||||||||||
| 氧氣 | １０００ | ０ | ３１．５ | ２ | １３００ | ８００００ | |||||||||||
| 氧氣 | １０００ | ０ | ３１．４ | ２ | １３００ | １９５０００ | |||||||||||
| 表 | ２ | 后調(diào)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) | |||||||||||||||
| Ｔａｂ．２ | Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｏｆａｆｔｅｒｔｈｅｆｌｏｗｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ | ||||||||||||||||
| 檢測氣體 檢定點(diǎn)／（ | －１） 起始值／ | 終止值／ | 時(shí)間／ | 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)氣 | 流量計(jì)前氣體 | ||||||||||||
| Ｌ·ｈ | Ｌ | Ｌ | ｍｉｎ | 體壓力／ | 壓力／ | ||||||||||||
| Ｐａ | Ｐａ | ||||||||||||||||
| 氧氣 | １０００ | ０ | ４７．９ | ２ | １３００ | １２００００ | |||||||||||
| 氧氣 | １０００ | ０ | ４８．０ | ２ | １３００ | １２００００ | |||||||||||
| 氧氣 | １０００ | ０ | ５８．１ | ２ | １３００ | ２２００００ | |||||||||||
在檢定玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)，以上一組數(shù)據(jù)是以氧氣為介質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，壓力下所對應(yīng)的２個(gè)值分別為ｐｓ，ｐｍ，即流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計(jì)前氣體的壓力．實(shí)驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下檢定點(diǎn)為１０００Ｌ／ｈ，根據(jù)公式（３），對氧氣修正后的檢定點(diǎn)為９４５．４４Ｌ／ｈ．根據(jù)公式（１）、表１以及表２中氧氣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得前調(diào)和后調(diào)流量值如圖２所示．
圖２ 檢定介質(zhì)為氧氣的前調(diào)和后調(diào)流量值
Ｆｉｇ．２ Ｔｅｓｔｍｅｄｉｕｍｆｏｒｔｈｅｏｘｙｇｅｎｂｅｆｏｒｅｏｒａｆｔｅｒｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｆｌｏｗｒａｔｅ
| 前調(diào) | Ｑ′－Ｑ | ９４５．４４－６５９．７３ | ， | （） | ||||||||
| δＶ ＝ | Ｑ | ×１００％＝ | ６５９．７３ | ×１００％ | ＝４３．３％ | ４ | ||||||
| 后調(diào) | Ｑ′－Ｑ | ９４５．４４－９８７．６４ | （） | |||||||||
| δＶ ＝ | Ｑ | ×１００％＝ | ９８７．６４ | ×１００％ | ＝４．３％． | ５ | ||||||
實(shí)驗(yàn)中，對于檢定時(shí)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***后的實(shí)際流量值，使檢定結(jié)果更加準(zhǔn)確．從以上的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，后調(diào)流量與密度修正后檢定點(diǎn)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(jì)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(shí)使用后調(diào)流量，其實(shí)際流量值與檢定點(diǎn)更為接近且相對誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)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)果更為準(zhǔn)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)準(zhǔn)確度更高，相對誤差更?。疄榱耸菇Y(jié)果具有普遍性，任意選用另外一種氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便更加清楚地說明結(jié)果的普遍性．玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢定介質(zhì)為二氧化碳前調(diào)流量和后調(diào)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表３和表４所示．
| 表 | ３ | 前調(diào)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) | |||||||
| Ｔａｂ．３ | Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｏｆｂｅｆｏｒｅｔｈｅｆｌｏｗｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ | ||||||||
| 檢測氣體 | 檢定點(diǎn)／ | 起始值／ | 終止值／ | 時(shí)間／ | 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi) | 流量計(jì)前氣體 | |||
| （ | －１） | Ｌ | Ｌ | ｍｉｎ | 氣體壓力／ | 壓力／ | |||
| Ｌ·ｈ | Ｐａ | Ｐａ | |||||||
| 二氧化碳 | １０００ | ０ | ２８．１ | ２ | １３００ | ２２０００ | |||
| 二氧化碳 | １０００ | ０ | ２８．０ | ２ | １３００ | １６０００ | |||
| 二氧化碳 | １０００ | ０ | ２７．８ | ２ | １３００ | ８５６００ | |||
| 二氧化碳 | １０００ | ０ | ２７．７ | ２ | １３００ | ７５７００ | |||
| 表 | ４ | 后調(diào)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) | |||||||
| Ｔａｂ．４ | Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｏｆａｆｔｅｒｔｈｅｆｌｏｗｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ | ||||||||
| 檢測氣體 | 檢定點(diǎn)／ | 起始值／ | 終止值／ | 時(shí)間／ | 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi) | 流量計(jì)前氣體 | |||
| （ | －１） | Ｌ | Ｌ | ｍｉｎ | 氣體壓力／ | 壓力／ | |||
| Ｌ·ｈ | Ｐａ | Ｐａ | |||||||
| 二氧化碳 | １０００ | ０ | ３７．５ | ２ | １３００ | ８００００ | |||
| 二氧化碳 | １０００ | ０ | ３６．３ | ２ | １３００ | ６５０００ | |||
| 二氧化碳 | １０００ | ０ | ４９．７ | ２ | １３００ | ２０００００ | |||
| 二氧化碳 | １０００ | ０ | ４９．６ | ２ | １３００ | １９５０００ | |||
對于以二氧化碳為介質(zhì)檢定轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)，其檢定點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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．
３、結(jié)論：
從氧氣的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于前調(diào)流量的誤差值．從二氧化碳的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)．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(jìn)一步證實(shí)了在檢定玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)使用后調(diào)流量可使檢定結(jié)果更加準(zhǔn)確，減小誤差對檢定結(jié)果的影響．