基于尺寸法的标定钟罩式气体流量标准装置的新方法

　　0　引言

　　钟罩式气体流量标准装置是以空气为介质,对气体流量计进行检定、测试的计量标准设备。近几十年来,钟罩在很多国家得到了研究和发展,也在国内得到了广泛应用。德国物理技术研究院(PTB)、美国标准化技术研究院(NIST)以及我国都把钟罩式气体流量标准装置作为国家低压气体流量的基准装置。目前, PTB的钟罩装置的不确定度小于0.1%,中国计量科学研究院2006年底研制完成了不确定度小于0.1%的1000L钟罩式气体流量标准装置。

　　能否通过钟罩准确地复现流量量值,关键取决于能否准确地测量钟罩内部的容积。标定钟罩的目的就是为了得到钟罩内部的容积值。国家计量检定规程JJG165-2005规定钟罩可以采用容积法和尺寸法进行标定。本文在尺寸法的基础上,提出了新的测量方法,应用新的测量仪器实现了对钟罩内部容积的准确测量。

　　1　钟罩的工作原理及标定方法

　　1.1　钟罩的工作原理

　　钟罩的原理如图1所示。钟罩罩体4是一个倒置的圆筒,浸入密封液槽1的密封液2中。一根导气管使钟罩内腔通过阀门14、被检流量计15与大气连通。由于钟罩的自重,钟罩内的气体压力就高于大气压力,所以打开阀门14时,钟罩就以一定的速度下降,内部的气体通过导气管、被检流量计流到大气中。

　　钟罩在下降的过程中,光电传感器7(多个)会被遮挡,光电传感器每被遮挡一次,会发出一个高电平触发信号,这个触发信号触发计时器开始或停止计时,这样就可以得到钟罩通过两个光电传感器之间的距离所用的时间t。而钟罩在两个光电传感器之间的内部容积V是通过对钟罩的标定得到的。得到的气体流量q( V/t,)与被检流量计的指示流量比较,就可以判定流量计的计量是否准确。

　　1.2　钟罩的标定方法

　　目前钟罩标定常用的方法有两种:容积法和尺寸法。

　　容积法通过以气排水的置换方法来测量钟罩内部的容积,这种方法由于水不断蒸发的原因导致控制水温与气温很难达到一致,因此,得出理想的结果有一定难度。

　　尺寸法为国际普遍推荐,但对于国产的大多数钟罩来说,由于罩体本身的形位精度和应用于尺寸法的测量仪器的准确度不高,导致尺寸法的测量结果的不确定度较大。针对这种状况,在尺寸法的基础上,设计一种新的标定方法来测量钟罩内部容积是很有必要的。

　　2　新标定方法的原理及实验

　　在应用尺寸法标定钟罩时,认为钟罩的内腔的形状是理想的圆柱体,计算出圆柱体的体积,即为钟罩内部的容积。

　　式中:V为钟罩内容积(在工作温度θ下);d为20℃下钟罩内腔圆柱直径;h为光电传感器之间的距离(不计h的热膨胀);αB为钟罩罩体材料的膨胀系数;θ为测量时罩体的温度。