流量装置中换向器检定方法的研究

　　1　引　言

　　换向器作为静态质量法、静态容积法流量装置的重要组成部件,被广泛应用在水流量、油流量及热能表流量装置上。其工作原理是利用机械部件改变液体流动方向,它的作用是保证液体连续流过被测流量计,准确计量流量计的测量时间。换向器由喷嘴、导流器、转动轴等主要部件组成[1,2]。图1为换向器结构及工作原理示意图。在传统的检定方法中换向器的检定是液体流量装置检定中一项重要工作,以静态质量法装置为例,其标准不确定度主要由衡器、换向器、计时器及砝码的不确定度合成,换向器的不确定度是其不确定度的重要分量之一[3]。图2为理想换向过程的流量Q、时间t曲线。

　　图2中,t1和t2分别为换向器的换出和换入时间,tR1和tR2是启动和停止计时(计数)点,图2(a)中阴影面积A1为实际进入标准器的液体累积流量,图2(b)中阴影面积A2为计时器计时段理论液体累积流量。在理想换向情况下,可得到A1=A2,但流量曲线以及信号触发位置都会受到很多因素影响,而换向器的检定就是要在实际情况下,检测换向器在测量开始和结束的换向过程中所引起的这两个累积流量的不一致程度,以及由此引起的不确定度。

　　在《JJG164—2000液体流量装置检定规程》[4]中规定了两种方法对换向器进行检定:行程差法和流量计法。行程差法是通过分别测量换向器换出和换入的时间,计算得到它们的标准偏差以及换出和换入的时间差,进而计算出换向器的不确定度。该方法较为简单,实施方便,被广泛使用,但该方法无法完全复现实际的换向状态,受挡片安装位置影响大,而且该影响所造成的不确定度是难以估计的。流量计法是在装置上安装一台被测流量计,按检定流量计的方法进行1次测量,记录标准器读数B11,测量时间t11和流量计脉冲数N11;在与t11大致相同的测量时间内,操作换向器m次换向(m≥10)再进行1次测量,记录标准器读数B21,测量时间t21和流量计脉冲数N21;以上两次测量作为1组试验,重复试验n组(n≥10),记录B1i、B2i、t1i、t2i、N1i及N2i(i=1,2,…,n)。

　　从而计算出换向器的换向的时间差Δt

　　流量计法换向器检定状态与使用状态基本一致,能更为直观的表现出换向器的性能,但该方法的关键是要保证在1组试验中,流量计的系数不变,因此该方法受流量计性能影响较大,流量计的不稳定性会带来附加的不确定度。

　　2　双流量计法

　　鉴于行程差法和流量计法两种检定方法的局限性,本文中采用双流量计法对换向器的检定方法进行改进,试验方法如图3所示。

　　两台流量计串联安装,安装在下游的流量计N应有足够长的直管段,以保证液体的流态充分发展,尽量避免受上游流量计M的影响。换向器的检定过程与使用一台流量计时基本一样,需在每次试验结束后,记录两台流量计的脉冲数。