高准确度钟罩的研究

　　钟罩式气体流量基准装置( 以下简称“钟罩”) 是原级装置, 在气体流量量值的传递系统和气体流量计检测中起着关键性的作用, 我国计量系统大量使用钟罩作为气体流量的标准装置, 但由于受国内生产工艺水平的制约,其技术指标一直没有提高, 且生产和使用仍停留在20世纪70年代的水平, 与国际先进水平有着较大的差距。以2000L钟罩为例, 装置的准确度为0.2%～0.5%, 工作压力为4500Pa, 装置的压力波动为20Pa。而国外最好的钟罩装置的准确度已经达到0.06%、压力波动10Pa。随着气体流量测量仪表性能的不断提高, 0.5级和0.2级的气体流量计已进入商业生产, 而我国目前使用的钟罩已无法满足高准确度流量计的检定。因此, 笔者开展了高准确度钟罩的研究。

　　一、研究内容

　　经对现有钟罩的分析, 及比较不同种类钟罩的结构,笔者确定主要从以下10个方面进行深入研究。本文研制的钟罩的示意图如图1所示。

　　1.浮力补偿机构

　　钟罩的浮力补偿方式常见的有象限补偿、凸轮补偿、链条补偿和虹吸补偿。本装置采用国际惯用的凸轮补偿方式代替国内目前使用的象限补偿方式, 减小钟罩的压力波动, 提高了测量的准确度。

　　2.液位平衡机构

　　使钟罩在运行过程中密封液面的液位保持不变。

　　3.钟罩导向机构

　　使钟罩在运行中保持一定的轨迹, 保证运行平稳。由于增加了导向机构, 钟罩自重较大, 在运行中导向所产生摩擦力的变化等对钟罩的影响降低了很多, 因此, 钟罩内的气体压力波动量就降至很小。

　　4.钟罩位移测量机构

　　应用激光干涉仪代替传统的光电挡板或编码器, 提高了测量的准确度。

　　5.钟罩吊绳质点调整机构

　　保证钟罩运行时在水平方向和竖直方向上保持正确的位置和姿势。钟罩的重量完全由吊绳承担, 且质点是否在钟罩的质点中心上是十分重要的。若由于偏载使钟罩处于非垂直状态, 钟罩在密封液中运动时所受的作用力是不均匀的, 并会造成钟罩运动的不稳定, 从而使钟罩内的压力波动增大。

　　6.密封槽结构和密封液

　　采用干槽设计与油密封的方式, 避免由于密封液挥发带来的湿度变化的影响。

　　7.测温和测压方式

　　对钟罩内的温度、压力及湿度进行准确测量, 为理论计算提供可靠的数据。在本装置中采用了新的结构形式,实现了钟罩内多点测温。如测温方式为单点测温, 那么钟罩内部需有气体循环搅拌系统来减小温度梯度带来的影响。此外, 还要求有较高的外部环境条件来保证温度测量带来的影响足够小。本装置采用先进的数据传输技术, 避免了传感器信号传输对钟罩运动带来的影响, 从而提高了钟罩运行的稳定性。