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玻璃轉子流量計的鑒定原理分析
玻璃管轉子流量計的鑒定原理和流量數據的分析
常州市常法儀器儀表有限公司
在實際工作中，由于工作習慣或是其他原因，不少人采用前調氣體的流量來檢定玻璃管轉子流量計。在檢定中對氣體流量的調節，前調和后調都能起到調節流量的作用，但是前調和后調到底有多大的差異，沒有確定的論證。針對這一問題，筆者通過實驗，利用容積法對玻璃管轉子流量計進行檢定，根據實測數據結合建立的數學模型，對前調與后調流量兩種方法進行了對比分析。
一、玻璃管轉子流量計的檢定原理及數學模型
常州市常法儀器儀表有限公司玻璃管轉子流量計的檢定依據JJG257-2007《轉子流量計》檢定規程進行，檢定時采用鐘罩式氣體流量標準裝置。鐘罩式氣體流量標準裝置在我國大量使用，是氣體流量計量的傳遞標準和氣體流量計檢定的主要設備之一。這種裝置的工作壓力一般小于10000Pa，zui大流量取決于鐘罩的體積大小及測試技術。根據目前國內的資料及現實的實驗條件，其鐘罩作為標準測量的zui大流量可達4500m3/h，裝置的準確度優于±0.5%。
鐘罩式氣體流量標準裝置檢定玻璃管轉子流量計的工作原理是，首先打開進氣閥，關閉出氣閥，開動氣泵使氣體通過導管流入氣體流量標準裝置的工作量器內，當鐘罩上升到zui高位置時，關閉氣泵，停止一段時間后，待標準容器內氣體的溫度穩定時，開始檢定流量計。鐘罩式氣體流量標準裝置本身是一個恒壓源并給出標準容積的裝置。打開出氣閥和調節閥，鐘罩以一定的速度下降，到達預定位置開始計時，流量計開始計數，到達預定位置時，停止計時、計數測出鐘罩排出的氣體體積、溫度和時間，鐘罩內的氣體通過導氣管經被檢定的流量計流入大氣，計算出流量計在刻度狀態下的實際流量和示值誤差。實際流量值Q（m3/h）可根據式（1）計算得出：
式中：V——流量標準裝置內排出的氣體體積，m3；τ——在排出裝置內的時間，h；PN、PS、Pm——標準狀態下、流量標準裝置內和流量計前的氣體壓力，Pa，PN=101325Pa；TN、TS、Tm——標準狀態下、流量標準裝置內和流量計前的氣體溫度，K，TN=273.15+20=293.15K。
將實際流量值Q與被檢流量計的顯示值Q′相比較，利用式（2）可計算出被檢流量計示值相對誤差為
式中：δV——被檢流量計示值相對誤差；Q′——被檢流量計的顯示值；Q——實際流量值。
二、實驗數據處理
1.氣體測量刻度換算
玻璃管轉子流量計由于受其制造廠家標定設備的限制，通常只能用水或空氣進行標定。所以，試驗中所用的檢定介質為非標定介質，應對轉子流量計讀數進行修正，也稱為刻度換算。本實驗中標準狀態下的檢定點為1000L/h，氣體的密度受壓力、溫度變化的影響較大，因此，測量不同氣體時要進行刻度換算。流量計的換算問題，實際上就是對于不同的流體浮子處于同一高度時，所反映出的流量值不同。這里使用了簡化后的刻度氣體換算公式，忽略了黏度對氣體的影響。在實驗時將檢定溫度設為常溫，但介質不是干空氣，所以要對流量示值進行修正，可用式（3）求出檢定介質的修正值。
式中：qv0——流量計的氣體示值（流量或輸出信號所對應的流量）；ρ01——使用氣體在刻度狀態下的密度；qv、P、T——工作狀態下的氣體流量換算到標準狀態下的流量、被測氣體的壓力（即表壓力與大氣壓力之和）及溫度；ρ0、P0、T0——標準狀態下被測干氣體的密度、壓力及開爾文溫度，P0=101325Pa。
標準狀態下氧氣的密度為1.331kg/m3，二氧化碳的密度為1.829kg/m3，空氣的密度為1.205kg/m3，根據式（3），可以得到氧氣修正后的檢定點為945.44L/h，二氧化碳修正后的檢定點為806.53L/h。
對于前調和后調流量，以每組中4次實際流量值的平均值作為前調和后調zui后的實際流量值，避免粗大誤差對實驗結果的影響。同理根據式（2），二氧化碳修正后檢定點的值為806.53L/h，由圖2中前調的平均值與后調平均值可得二氧化碳的示值誤差：前調為14.3%，后調為7.0%，其計算過程與氧氣的示值誤差計算過程相同。
對二氧化碳的數據分析可知前調流量平均值為705.81L/h，后調流量平均值為867.41L/h，較之于二氧化碳刻度修正后的檢定點，后調流量與密度修正后檢定點806.53L/h的值更為接近。前調流量相對誤差為14.3%，后調流量相對誤差為7.0%。二氧化碳的實驗結果充分證明了在檢定玻璃管轉子流量計時，使用后調流量可使相對誤差大大減小，檢定結果更加準確。
三、結束語
實驗結果證明，在檢定玻璃管轉子流量計時，看似沒有差別的兩種調節方法，其檢定結果差異很大，對于檢定結果的準確性而言，后調流量遠遠優于前調流量。實際檢定時，建議將前調控制閥*打開，使用后調流量調節閥。