标准表法气体流量标准装置的研制

　　1　引　言

　　标准装置按计量器具可分为称量法、容积法和标准表法。其中,标准表法流量标准装置是传递标准装置。它利用流体力学连续性原理,将标准表和被检表串联,由标准表和相关参数测量仪表给出标准流量,与被检表输出的流量比较,确定被检表的技术指标。与其它方法的流量标准装置相比具有结构简单、工作效率高、操作方便、投资少和建设周期短的优点,特别是可以给出更宽的流量范围。①

　　相对于液体流量测量,我国气体流量测量还有很多问题需要解决。流量标准装置,尤其是气体流量标准装置的研究、建立和应用是流量计量和测试技术发展的主要环节,应该引起普遍重视[1]。

　　标准表法流量标准装置结构简单、投资少、建设周期短,特别适合于中小型仪表生产厂家对仪表的检定。为了对不同口径、不同原理的气体流量计进行检定、性能测试,本文设计了标准表法气体流量标准装置并对管道压力损失进行了分析计算,对风机选型进行了分析,对装置整体不确定度分配进行了计算,并确定了标准表、温度传感器和压力传感器的选择方案,给出了对装置进行流量稳定性测试及仪表检定实验的结果。

　　2　装置结构设计与分析

　　2.1　标准表法流量标准装置的原理

　　标准表法流量标准装置的标准表部分可以由单台标准表构成,如图1(a)所示,也可以由多台标准表并联组成,如图1(b)所示。

　　其主要工作原理:以标准流量计(可以是速度式流量计、容积式流量计、临界流流量计、质量流量计和热能表等)为标准器,使流体在相同时间间隔内连续通过标准流量计和被检流量计,比较两者的输出流量值,从而确定被检流量计的计量性能[2]。

　　2.2　标准表法气体流量标准装置结构设计

　　装置设计要求:①能够对DN15、DN25、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200口径的气体流量计进行检定;②除DN200口径管道外,其它各种口径的最大流速均达到42m/s;③装置整体标准不确定度在0. 5%以内;④流量稳定性达到1.5%。

　　根据上述要求,设计装置的整体结构如图2所示。装置包含DN25、DN40、DN50、DN80、DN100、DN150、DN200共七条主实验管道。DN15、DN65、DN125三条管道通过分别在DN25、DN80和DN150管道中加入套管进行实现。其中DN80~DN200的四条管道由离心风机提供气源,DN25~DN50的三条管道由罗茨风机提供气源。装置采用如图(1)a所示的由单台标准表作为每条实验管道标准表的形式进行设计。装置以单台标准表作为每条实验管道的标准表,它有结构简单、管路压损小、管道风量稳定、仪表检定效率高的优点。避免了以并联标准表为每条实验管道的标准表时,装置必须加两个大的汇流管,结构复杂,风机容易出现性能不稳,甚至喘震及管路振动的问题。为了保证装置流量稳定性,管道入口处直接接大气,风机在管网末端采用吸气方式,使空气从管道入口流经被检表和标准表,这样由大气在管道入口处作为无限大气源,气源稳定,从而保证装置流量稳定性。