压力可调水流量标准装置的稳定性分析

　　目前流量测试技术与测试装置的应用已渗透到各个工业领域,各种物质流量和数量的准确测量,对国民经济的发展有着不容忽视的现实意义.各种流量仪表,尤其是作为经济核算依据和量值传递的高准确度标准流量计,需要对其特性进行细致的研究分析,而这些研究工作都是在水流量标准装置上进行的[1].故水流量标准装置的研究和应用是流量计量和测试技术的重要环节.近年来,对流量装置稳定性的研究更是众多研究人员关心的热点领域.一般的流量仪表的流量方程都对标准装置有稳定性的要求.但迄今为止,无论在理论研究方面还是在技术应用方面,仍有许多问题未得到很好的解决[2],因此进一步展开对水流量标准装置稳定性的研究,具有重要的现实意义和学术价值.

　　1　水流量标准装置的稳压系统

　　流量特性分为动态特性和静态特性,稳定性是流量测量时重要的静态特性之一,指流量计在较长时间工作下保持其测量值的能力.采用多次正常测量法[3]来检定装置稳定性,将每台位流量先后调到最大值和最小值.待10 min装置稳定后,连续测量n(n≥10)次流量qi(i=1,2,3,…,n),即

　　式中,Vθ、V20为使用时工作量器的水温在θ℃和20℃时的容积,L;β为工作量器材料的体胀系数,1/℃.

　　平均值　

　　流量稳定性

　　式中,k为覆盖因子,k=tp(υ)(不确定度置信水准p=95% ).其中,流量稳定性的最大值可作为该台位流量稳定性[3](实验中,装置流量稳定性为0.19%,装置稳定度为0.19%,工作量器总误差为±0.01%,记时器准确度为0.01%,换向器系统误差和随机误差为0.02%).静态容积法[4-6]水流量标准装置作为一种量值传递标准,是研究流量计量测量的标准装置.本实验台,采用静态容积法进行流量仪表的测试与检定,其准确度为0.2级.

　　有关流体流量的检定规程,要求有稳定的水源,并规定了评定流量稳定性的方法.对于静态容积法的水流量标准装置,水泵产生的波动经过稳压容器可以起到一定的稳压作用,但是不稳定性还存在[7].当稳压容器空腔内空气压力无法自行调节的情况下,进行流量调节时,流量的稳定性受到影响.针对这种情况,在水流量标准装置稳压罐内有空气压力自动调节装置时,测试水流量标准装置稳定性的改善程度.

　　如图1所示,实验是在稳压罐合适的位置安装两个压力传感器,其一装在稳压罐进口位置,另一个装在稳压罐的出水口位置,并将其和数据采集卡相连,经过实验和数据的分析对比,得出闭环控制气的最大、最小压力值.

　　在确定压力的最佳范围后,开关量由电磁阀和空压机进行控制;根据最佳范围,空压机和电磁阀将决定是否动作:如果稳压罐内的压力小于这个压力范围的最小值,电磁阀1和电磁阀3打开,电磁阀2关闭,空压机给稳压罐加压力使其回到给定的范围中来,然后空压机停止;如果大于这个压力范围的最大值,电磁阀1和电磁阀2打开,电磁阀3关闭,使稳压罐的空气经由电磁阀1和电磁阀2放出,稳压罐的压力回到设定的范围,从而整个回路形成了一个闭环控制系统.通过实验测试理想的参数,并比较闭环控制与开环控制对于装置稳定性的影响.这样即使在小流量的情况下,整个装置的精度和稳定性都提高到一个新的水平.