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玻璃转子流量计检定前调与后调流量的对比
发布时间:2019-09-25

  在实际工作中,由于工作习惯或是其他原因,不少人采用前调气体的流量来检定玻璃转子流量计。在检定中对气体流量的调节,前调和后调都能起到调节流量的作用,但是前调和后调到底有多大的差异,没有确定的论证。针对这一问题,笔者通过实验,利用容积法对玻璃转子流量计进行检定,根据实测数据结合建立的数学模型,对前调与后调流量两种方法进行了对比分析。
一、玻璃转子流量计的检定原理及数学模型
  玻璃转子流量计的检定依据JJG257-2007《转子流量计》检定规程进行,检定时采用钟罩式气体流量标准装置。钟罩式气体流量标准装置在我国大量使用,是气体流量计量的传递标准和气体流量计检定的主要设备之一。这种装置的工作压力一般小于10000Pa,最大流量取决于钟罩的体积大小及测试技术。根据目前国内的资料及现实的实验条件,其钟罩作为标准测量的最大流量可达4500m3/h,装置的准确度优于±0.5%。
  钟罩式气体流量标准装置检定玻璃转子流量计的工作原理是,首先打开进气阀,关闭出气阀,开动气泵使气体通过导管流入气体流量标准装置的工作量器内,当钟罩上升到最高位置时,关闭气泵,停止一段时间后,待标准容器内气体的温度稳定时,开始检定流量计。钟罩式气体流量标准装置本身是一个恒压源并给出标准容积的装置。打开出气阀和调节阀,钟罩以一定的速度下降,到达预定位置开始计时,流量计开始计数,到达预定位置时,停止计时、计数测出钟罩排出的气体体积、温度和时间,钟罩内的气体通过导气管经被检定的流量计流入大气,计算出流量计在刻度状态下的实际流量和示值误差。实际流量值Q(m3/h)可根据式(1)计算得出:

  式中:V———流量标准装置内排出的气体体积,m3;τ———在排出装置内的时间,h;PN、PS、Pm———标准状态下、流量标准装置内和流量计前的气体绝对压力,Pa,PN=101325Pa;TN、TS、Tm———标准状态下、流量标准装置内和流量计前的气体绝对温度,K,TN=273.15+20=293.15K。
  将实际流量值Q与被检流量计的显示值Q′相比较,利用式(2)可计算出被检流量计示值相对误差为

  式中:δV———被检流量计示值相对误差;Q′———被检流量计的显示值;Q———实际流量值。
二、实验数据处理
1.气体测量刻度换算
  日常使用的转子流量计由于受其制造厂家标定设备的限制,通常只能用水或空气进行标定。所以,试验中所用的检定介质为非标定介质,应对转子流量计读数进行修正,也称为刻度换算。本实验中标准状态下的检定点为1000L/h,气体的密度受压力、温度变化的影响较大,因此,测量不同气体时要进行刻度换算。流量计的换算问题,实际上就是对于不同的流体浮子处于同一高度时,所反映出的流量值不同。这里使用了简化后的刻度气体换算公式,忽略了黏度对气体的影响。在实验时将检定温度设为常温,但介质不是干空气,所以要对流量示值进行修正,可用式(3)求出检定介质的修正值。

  式中:qv0———流量计的气体示值(流量或输出信号所对应的流量);ρ01———使用气体在刻度状态下的密度;qv、P、T———工作状态下的气体流量换算到标准状态下的流量、被测气体的压力(即表压力与大气压力之和)及温度;ρ0、P0、T0———标准状态下被测干气体的密度、压力及开尔文温度,P0=101325Pa。
  标准状态下氧气的密度为1.331kg/m3,二氧化碳的密度为1.829kg/m3,空气的密度为1.205kg/m3,根据式(3),可以得到氧气修正后的检定点为945.44L/h,二氧化碳修正后的检定点为806.53L/h。
2.氧气和二氧化碳实验结果的分析与计算
玻璃转子流量计检定氧气前调流量和后调流量实验数据如表1、表2所示。

  在检定玻璃转子流量计时,以上一组数据是以氧气为介质进行实验的,不同压力下所对应的两个值分别为Ps、Pm,即流量标准装置内和流量计前气体的绝对压力。实验中标准状态下的检定点为1000L/h,根据式(3)对氧气修正后的检定点为945.44L/h。
根据式(1)和表1、表2可得前调和后调流量值,如图1所示。
根据式(2),介质为氧气的前调及后调流量的示值误差如下:

玻璃转子流量计检定介质为氧气的前调和后调流量值图示

  实验中,对于检定时气体流量的前调和后调分别采集了3组数据,将3组数据求得的平均值作为最后的实际流量值,使检定结果更加准确。从以上实验结果看,对氧气的数据分析可知前调流量平均值为659.73L/h,后调流量平均值为987.64L/h,相比刻度修正后氧气的检定点,后调流量与密度修正后检定点945.44L/h的值更为接近。由前调和后调流量氧气的示值误差计算可知,前调流量相对误差为43.3%,后调流量相对误差为4.3%。从而可以看出,检定时使用后调流量,其实际流量值与检定点更为接近且相对误差远远小于前调流量。两种看似差别不大的调节流量的方法,对于检定结果却有很大的差异,后调流量可使检定结果更为准确。对于一种介质,由于其每种气体都有各自的特殊性,不能充分地说明哪种调节准确度更高,相对误差更小。为了使结果具有普遍性,任意选用另外一种气体进行实验,以便更清楚地说明结果的普遍性。
玻璃转子流量计检定二氧化碳前调流量和后调流量实验数据如表3、表4所示。
  对于以二氧化碳为介质检定转子流量计时,其检定点同样选择1000L/h,同理根据式(1)和表3、表4可得二氧化碳前调和后调流量值,如图2所示。


  对于前调和后调流量,以每组中4次实际流量值的平均值作为前调和后调最后的实际流量值,避免粗大误差对实验结果的影响。同理根据式(2),二氧化碳修正后检定点的值为806.53L/h,由图2中前调的平均值与后调平均值可得二氧化碳的示值误差:前调为14.3%,后调为7.0%,其计算过程与氧气的示值误差计算过程相同。
  对二氧化碳的数据分析可知前调流量平均值为705.81L/h,后调流量平均值为867.41L/h,较之于二氧化碳刻度修正后的检定点,后调流量与密度修正后检定点806.53L/h的值更为接近。前调流量相对误差为14.3%,后调流量相对误差为7.0%。二氧化碳的实验结果充分证明了在检定玻璃转子流量计时,使用后调流量可使相对误差大大减小,检定结果更加准确。
三、结束语
  实验结果证明,在检定玻璃转子流量计时,看似没有差别的两种调节方法,其检定结果差异很大,对于检定结果的准确性而言,后调流量远远优于前调流量。实际检定时,建议将前调控制阀完全打开,使用后调流量调节阀。

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