摘要：通過(guò)對(duì)渦輪流量計(jì)檢定條件及使用條件一致性限定及技 術(shù)處理,提高了渦輪流量計(jì)使用精度。然后再通過(guò)對(duì)空氣-蒸汽介質(zhì)替代換算系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究,確定了空氣-蒸汽換算系數(shù)。首次用渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)用于蒸汽流量量值的傳遞，研究了氣體流量裝置,并獲得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果。
0引言
蒸汽流量計(jì)的檢定技術(shù),目前在國(guó)內(nèi)仍處于研究階段,國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)廠(chǎng)相繼建立了以蒸汽為工作介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置。但因耗能大,工作條件不好等因素而在努力尋求以空氣為工作介質(zhì)的新途徑。經(jīng)調(diào)查,目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)的以空氣為工作介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置主要有二種:一是音速?lài)娮焓剑溲b置測(cè)定精度雖然滿(mǎn)足了檢定要求,但裝置造價(jià)高,每臺(tái)約100多萬(wàn)元。實(shí)踐證明,其技術(shù)是可行的,但投資費(fèi)用及管理運(yùn)行費(fèi)用龐大, 一般計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)不可能普遍采用。其二是風(fēng)機(jī)孔板式，該裝置雖然造價(jià)不高,但精度低,加之該類(lèi)裝置壓力損失大,而風(fēng)源壓力低,故量程往往不能滿(mǎn)足檢定要求，國(guó)家計(jì)量部門(mén)已確認(rèn)這一一點(diǎn)。另外國(guó)內(nèi)有些單位也在尋求用渦街流量計(jì)來(lái)代替噴嘴或孔板的嘗試，但使用參數(shù)尚不成熟。
為解決上述蒸汽計(jì)量檢定的難題，首次把渦輪流量計(jì)應(yīng)用于氣體(含蒸汽)流量量值的傳遞中,并獲得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果。
1氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置簡(jiǎn)介
1.1裝置的結(jié)構(gòu)
該裝置主要由風(fēng)源、標(biāo)準(zhǔn)流量、被檢流量和數(shù)據(jù)處理等四部分組成,如圖1所示。風(fēng)源部分由柴油機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)成,靜壓力(表)為0.05 MPa,風(fēng)量為40m3/min,滿(mǎn)足被檢表流量上限要求。標(biāo)準(zhǔn).流量部分由渦輪流量計(jì)、壓力表和溫度計(jì)等構(gòu)成，以產(chǎn)生具有規(guī)定精度的標(biāo)準(zhǔn)流量值。被檢流量由被檢表(如分流旋翼式蒸汽流量計(jì))、壓力表溫度計(jì)和消音器等構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理部分由計(jì)算機(jī)、工作臺(tái)等構(gòu)成，此外還有手動(dòng)葫蘆、支架、閥門(mén)和管路等輔助部件。
1.2 裝置的工作原理
從風(fēng)源排出的具有一定流量的空氣經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)表和被檢流量計(jì)時(shí),在標(biāo)準(zhǔn)表中即產(chǎn)生一定頻率的電脈沖信號(hào),經(jīng)與之配合的二次顯示儀表輸人電路放大整形后,送人系數(shù)單元,把脈沖單位轉(zhuǎn)換為流量單位,再送入顯示單元進(jìn)行累計(jì)量的數(shù)字顯示,然后通過(guò)介質(zhì)換算系數(shù)及溫度、壓力等全面修正得出流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)表的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量,再通過(guò)與被檢表的指示質(zhì)量流量進(jìn)行比較,即可得出被檢表在該流量下的相對(duì)誤差。
1.3 裝置的主要技術(shù)指標(biāo)(由河北省計(jì)量院認(rèn)定)
1)裝置風(fēng)源流量上限:40m'/min
2)風(fēng)源壓力:0.035 ~0.05MPa
3)量程:10 ~440L/s
4)流量穩(wěn)定度:≤1%
5)裝置精度:1.15% (置信概率P=95% )壓力表為0.25級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力表,溫度計(jì)分度值為0.1℃的二等標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。裝置精度的評(píng)定公式為:
式中:δ為裝置的精度;δ為標(biāo)準(zhǔn)表的流速精度;δD為標(biāo)準(zhǔn)表前的管道內(nèi)徑精度;δP為壓力表的精度;δr為溫度計(jì)的精度。
2氣體 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新
2.1標(biāo)準(zhǔn)流量部分是該裝置的關(guān)鍵
標(biāo)準(zhǔn)表的選擇可以有多種,選擇渦輪流量傳感器做標(biāo)準(zhǔn)表,充分利用了該表量程寬、壓力損失小。、易驅(qū)動(dòng)、重復(fù)性好、便于控制和調(diào)節(jié)等諸多優(yōu)點(diǎn)。一是擴(kuò)展了裝置的流量測(cè)量范圍,滿(mǎn)足了被檢表的量程要求;二是大大降低了標(biāo)準(zhǔn)表的成本。
2.2裝置的精度是裝置的主要技術(shù)指標(biāo)
數(shù)據(jù)處理利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)采用了國(guó)外流量界提出的一種理論誤差跟蹤法。其原理是:在流量計(jì)的性能穩(wěn)定即重復(fù)性好的前提下,用計(jì)算機(jī)技術(shù)把該標(biāo)準(zhǔn)表檢定時(shí)流量標(biāo)準(zhǔn)值(相對(duì)真值)加以對(duì)應(yīng)復(fù)現(xiàn)(標(biāo)準(zhǔn)表檢定時(shí)的檢定點(diǎn)與作為標(biāo)準(zhǔn)表使用時(shí)的使用點(diǎn)相吻合),從而逐點(diǎn)消除了該表的系統(tǒng)誤差,只剩下了隨機(jī)誤差(實(shí)際是重復(fù)性誤差)表征標(biāo)準(zhǔn)表的實(shí)際精度,這樣便將名義精度等級(jí)為1.5級(jí)的氣體渦輪流量計(jì)的精度提高到了0.5%左右。
2.3空氣與蒸汽的換算 系數(shù)的確定
這是影響裝置精度的一個(gè)重要因素。查閱了國(guó)內(nèi)大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上,分別在空氣及蒸汽測(cè)量裝置上,進(jìn)行了上百次系列實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)大量不同介質(zhì)、不同流量范圍及不同測(cè)量條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行了回歸處理后,確定了空氣-蒸汽換算的換算系數(shù),為渦輪流量計(jì),以壓縮空氣為介質(zhì)檢定蒸汽流量計(jì)提供了必要條件。
3氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的比對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)
1)對(duì)同一臺(tái)蒸汽流量計(jì)在該裝置上的檢定結(jié)果與蒸汽流量檢定裝置上鑒定結(jié)果的比對(duì)如表1所示。該裝置精度為1.25%。表1所列數(shù)據(jù)為誤差最大值。
2)裝置主要技術(shù)參數(shù)與同類(lèi)裝置的比對(duì),如表2所示。
4結(jié)論
1)用渦輪流量計(jì)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)的該裝置,具有量程寬、壓損小、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),克服了其它類(lèi)型裝置壓損大、量程不夠的缺陷，且造價(jià)低、其投資是音速?lài)娮焓窖b置的20%左右。
2)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表的主要誤差項(xiàng)(系統(tǒng)誤差)采用誤差跟蹤法進(jìn)行了消除,大大提高了裝置測(cè)量精度。
3)對(duì)蒸汽流量量值傳遞中空氣-蒸汽換算系數(shù),由大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)回歸處理來(lái)確定,置信度比較高。
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