五吨气体称量专用电磁天平的研究

　　1 前言

　　采用质量流量计量的方法，即mt法进行气体流量的质量计量。根据质量流量的定义，其数学表达式为：

　　式中：

　　qm为质量流量，kg/s;

　　m1为容器的初始质量，kg;

　　m2为容器的总质量，kg;

　　Δm为充入容器内的气体质量，kg;

　　t为同Δm相关的充气时间，s。

　　mt法是近年来质量流量标准装置中检定效果最佳、测试数据最可靠的方法。上个世纪末，我国航天系统建立了mt法气体质量流量标准装置。在小口径音速喷嘴的校准中发挥了很重要的作用。同期，中国石油天然气总公司四川石油管理局也建立了天然气流量标准装置，为确保天然气气体流量计量的统一及量值的准确传递，提供了可靠的技术数据。然而前两者受量程范围的局限满足不了高压大口径气体流量精密计量的要求。随着国防工业科学发展的需要，提出了建立《高压大口径气体流量标准装置》的科研课题，并对其中的质量计量器具—天平提出了严格要求：最大载荷为5000kɡ;最小读数值d=0.2ɡ;检定分度值e=2ɡ;被测气体量程范围0~400kɡ;两边刀距为2700m m;单罐质量约为4800kɡ;称量罐体尺寸约为φ1940×7400mm等技术指标。本文主要介绍该项目中最重要的组成部分“五吨气体称量专用电磁天平”的研制。

　　关于吨位天平国内外有众多报道，根据对国内外信息的查询得到国际知名天平厂家所提供相关产品的计量指标，如表1所示。

　　据国内文献报道，由黄锦才等发表的“气体流量测定专用三吨电子天平的研制”，其三吨电子天平的计量性能指标为：最大称量为3t，读出能力1g，总不确定度不大于2g，为本文论述项目进行前国内较高水平。而国际上众多知名天平生产企业，也都有相应的吨位天平产品。从表1中可以看到，其相对精度以METTLERXP1003K L为最优，达到1.4×10- 6;秤盘面积以PESAB9为最优，达到2000×1500。

　　从现有的报道和知名生产厂家的产品报道中，可以看到，所有这些天平的计量性能都很难满足本论文所涉及课题的要求，使得本论文的研究成为课题研究中最为重要的环节。

　　2 技术难点

　　本文所涉及大流量标准装置对天平的要求是非常高的，给研究工作提出了很多的技术难点。

　　(1)天平最大载荷5t;最小读数值d=0.2g;检定分度值e=2ɡ;罐径之大、罐体之长及检定精度之高是现有国内外天平产品中都无法达到的。

　　(2)被测气体密度很小，而且只能充入容器内才能进行称量，这样称量的95%以上的载荷都是皮重。能容纳400kg气体质量的罐体自重约10t左右。怎样使用五吨天平，来满足十吨载荷的要求，并且满足检定精度的要求。必须提出行之有效的称量方法。