隨著科學技術的進步和國民經濟飛速發(fā)展的需要 ,節(jié)約能源 ,合理使用能源已成為我國的一項重要國策 。蒸汽及其它氣體流量的計量 ,屬于重要的能源計量。蒸汽流量計的檢定技術, 目前在國內仍處于研究階段, 國內一些生產廠相繼建立了以蒸汽為工作介質的標準裝置。但因耗能太多 ,工作條件不好等原因而在努力尋求以空氣為工作介質檢定的新途徑。經調查 ,目前國內已出現(xiàn)的以空氣為工作介質的標準裝置主要有二種 。一是音速噴咀式 ,其裝置測量精度雖滿足了檢定要求 ,但裝置造價高昂, 每臺約 100 萬元。
  實踐證明 ,其技術是可行的,但投資費用及管理運行費用龐大 ,一般計量檢定機構不可能普遍采用。其二是風機孔板式 ,該裝置雖造價不高 ,但準確度為 20 %, 加之該類裝置壓力損失大 ,而風源壓力低 ,故量程往往不能滿足檢定要求 ,計量部門已確認這一點 。另外國內有些單位也在尋求用渦街流量計來替代噴咀或孔板的嘗試, 但實用參數尚不成熟。為解決上述蒸汽計量計檢定難的問題 。我們研制了 LOP -KJ -100 型氣體流量標準裝置 。首次把渦輪流量計應用于氣體(含蒸汽)流量量值傳遞中,并獲得了較為滿意的結果 。

1、氣體流量標準裝置簡介：
1.1、該裝置結構如圖所示：

圖1汽體流量標準裝置圖
　裝置主要由風源 、標準流量、被檢流量和數據處理等 4 部分構成 。風源部分由柴油機和羅茨鼓風機構成靜壓力(表)為 0.05m Pa ,風量為 40m3/min , 滿足被檢表流量上限要求 。標準流量部分由渦輪流量計 、壓力表和溫度計等構成 。以產生具有規(guī)定準確度的標準流量值。被檢流量由被檢表(如分流旋翼式蒸汽流量計)、壓力表、溫度計和消音器等構成。數據處理部分由便攜式微機 、工作臺等構成 ,此外還有手動葫蘆 、支架 、閥門和管路等輔助部件 。
1.2、該裝置的工作原理 :
    從風源排出的具有一定流量的空氣經標準表和被檢流量計時 , 在標準表中即產生一定頻率的電脈沖信號, 經與之配合的二次顯示儀表輸入電路放大整形后 ,送入系數單元, 把脈沖單位轉換為流量單位, 再送入顯示單元進行累計量的數字顯示 ,然后通過介質換算系數及溫度 、壓力等全面修正得出流經標準表的標準質量流量 ,然后通過與被檢表的指示質量流量進行比較,即可得出被檢表在該流量下的相對誤差。
1.3、該裝置的主要技術指標(由河北省計量所檢定認可)：
(1)裝置風源流量上限:40m3min
(2)風源壓力:0.035 ～ 0.05MPa
(3)量程:10 、L/S ～ 440L/S
(4)流量穩(wěn)定度 ≤1 %
(5)裝置準確度 ±1.15 %(置信概率 P =95 %)
注:(1)壓力表為 0.25 級的標準壓力表, 溫度計為分度值為 0.1 ℃的二等標準溫度計。(2)裝置準確度的評定公式為 :δ=(δV2+4δD +3 δP +3δT)1/ 2式中:δ—裝置準確度 ;δV —標準表的流速準確度 ;δD —標準表前的管道內徑準確度;δP —壓力表的準確度;δT —溫度計的準確度。

2、氣體流量標準裝置的關鍵技術及創(chuàng)新：
2.1、標準流量部分是該裝置的關鍵：
  標準表的選擇可以有多種 ,本裝置選擇渦輪流量傳感器做標準表 ,充分利用了該表量程寬 、壓力損失小 、易軀動、重復性好、便于控制和調節(jié)等諸多優(yōu)點。一是擴展了裝置的流量測量范圍 ,滿足了被檢表的量程要求 。二是大大降低了標準表的成本 。

2.2、裝置的測量精度是裝置的主要技術指標：
  本裝置的數據處理利用了計算機技術,在國內首次采用了國外流量界提出的一種理論———誤差跟蹤法 。其原理是 :在流量計的性能穩(wěn)定即重復性好的前提下 ,用計算機技術把該標準表檢定時流量標準值(相對真值)加以對應復現(xiàn)(標準表檢定時的檢定點與作為標準表使用時的使用點相吻合),從而逐點消除了該表的系統(tǒng)誤差,只剩下了隨機誤差(實際是重復性誤差)表征標準表的實際準確度,這樣便將名義精度等級為 1.5 級的氣體渦輪流量計的準確度提高到±0.5 %左右 。

2.3、空氣與蒸汽的換算系數的確定：
  這是影響裝置準確度的一個重要因素。我們在查閱了國內外大量有關資料的基礎上, 分別在空氣及蒸汽量裝置上 ,進行了上百次系列實驗 ,通過對大量大不同介質、不同流量范圍及不同測量條件下的實驗數據, 進行了回歸處理后 ,確定了空氣一蒸汽換算的***佳換算系數 ,為用渦輪流量計 ,以壓縮空氣為介質檢定蒸汽流量計提供了必要條件。

3、氣體流量標準裝置的比對實驗數據：
3.1、對同一臺蒸汽流量計在該裝置上的檢定結果與在蒸汽流量檢定裝置上檢定結果的比對如表 1 所示:

(2)上表所列數據為誤差 ,***大值。
3.2、裝置主要技術參數與同類裝置的比對(與泊頭儀表廠孔板式裝置的比對)見表 2 所示 。
  表 2

4、結論：
(1)用渦輪流量計做為傳遞標準的該裝置 ,具有量程寬、壓損小、重復性好等優(yōu)點 ,克服了其它類型裝置壓損大量程不夠的缺陷, 且造價低廉 ,其投資相當噴咀式裝置的 20 %左右。
(2)對標準表的主要誤差項(系統(tǒng)誤差)采用誤差跟蹤法進行了消除,大大提高了裝置測量準確度。
(3)對蒸汽流量量值傳遞中的空氣一蒸汽換算系數 ,由大量實際實驗數據通過回歸處理來確定置信度較高。因此 ,用渦輪流量計做傳遞標準的該裝置 ,在經過上述技術處理之后, 具有精度高、性能穩(wěn)定 、造價低、運行費用低等優(yōu)點,具有其它裝置無法比擬的特點 。該裝置的研制也豐富和發(fā)展了流量計量新技術 。