便携式小型气体流量标准装置的研制

摘 要 本文介绍了标准表组合法的便携式小型气体流量标准装置的原理、组成、主要技术措施。本装置的测量扩展不确定度达到了0.75%（k=2）。

关键词 气体流量标准装置 标准表法 控制系统

中图分类号：TH814 文献标识码：A

便携式小型气体流量标准装置的设计初衷是检测服务到现场，其具有体积小巧，重量轻，易拆解等特点。本装置主要适用于膜式燃气表、流量小于260m3/h的容积式、速度式等气体流量计的检定、校准工作。

1 原理及组成

1.1 测量原理

装置是利用标准表组合法测量的气体流量标准。标准表组由三台标准表组成，可以分别进行单独和组合测量，每一块标准表都有独立的管路，测温，测压，数据采集，数据传输系统，通过计算机进行数据处理和控制根据流体的连续测量原理，通过标准流量与被检表的示值比较，实现对被检流量计的检定和校准工作。

1.2 装置的构成

整套装置依据不同的功能可以分为气源及控制系统，标准表系统，管路系统，补偿系统，数据采集处理系统。

气源选用上海的HG2200S型漩涡气泵。控制部分主要用于控制风机转速。

标准表系统主要由两块DN50标准涡轮流量计和一台DN50标准罗茨流量计。

管路系统主要包括DN50标准表管道3条；标准表管路分离罐；标准表管路汇集罐；被检表管路；变径接头；塑料软管；意式超薄型球阀、普通球阀等。

补偿系统主要涉及温度、压力的测量。温度的测量主要依靠四支01029型不锈钢Pt100A级铂电阻温度传感器及0.2级RTT型温度变送器；压力的测量主要由四支0.25级差压传感器和一支0.25级绝压传感器承担。

数据采集处理系统主要分为两部分，一部分是数据采集系统，另一部分是数据处理系统。

2 主要技术措施

2.1 标准器组

为了提升标准流量计的计量准确度，对每台流量计按流量范围分段在线标定确定仪表系数，并对流量计输出加装旋转编码器，保证每一台标准流量计使用流量点的流量测量不确定度在0.5%以内。

2.2 补偿系统

热电阻按10℃间隔，对各点逐个标定其阻值，修正热电阻误差。热电阻插入深度均为管路中心处，保证每支温度传感器的测温可靠。通过以上措施确保不确定度控制在0.2%。

2.3 管路设计

为了减小风机转动引起脉动流和降低流场的扰动，采取了以下措施：通过延长软管增加了风机与标准表系统之间的距离；在标准表与风机之间增加了一个为10L的滞止容器；在涡轮流量计进气口端安装了50cm的直管段。此外还设计了标准表管路汇集罐，实现了多表组合测量。

2.4 气源系统

通过笔记本电脑软件指令可以通过控制变频器来达到控制气泵的转速，实现不同流速的流场。通过测试其流量大于10 m3/h时，其调节流量与预设流量偏差小于5%。

2.5 控制系统

针对检定对象设计了三种检定模式：膜式燃气表、容积式流量计、速度式流量计模式。根据三种流量计类型和对应地检定规程分别设计了温压补偿和数据处理程序；针对现场情况，设计了两种检定方式：自动检定和手动检定。

对于针对不同流量值下，标准表或标准表组的选择系统也做了准备，计算机会根据预设检定流量在检定开始前弹出对话框提醒检定人员打开或关闭相应阀门。

2.6 数学模型

（1）

（2）

2.7 标准表组合测量的不确定度

整套装置测量范围较宽，单个标准流量计难以覆盖整个流量范围，因此需要组合测量。针对50 m3/h以下的流量选择罗茨流量计作为标准，其量程比较宽流量下限小；针对50～200 m3/h之间的流量选择两块涡轮流量计作为标准；针对流量值大于200 m3/h的则三块标准流量计同时启用。

依据并联标准流量计总流量的相对扩展不确定度不会大于标准流量计相对扩展不确定度中最大的那个相对扩展不确定度的理论，并考虑到环境及人为等因素的影响，整套装置的测量不确定度为0.75%（k=2）。

3 结束语

表1

该装置通过音速喷嘴气体流量标准装置检定，整个装置的扩展不确定度为0.75%（k=2）。便携式小型气体流量标准装置研制的成功，使现场检定成为可能，对提高计量服务水平更好的为用户服务有很大帮助。

参考文献

[1] 苏彦勋.梁国伟，盛健.流量计量与测试[M].北京：中国计量出版社，2007：371-387.

[2] 郭爱华. 标准表法气体流量标准装置[J]. 自动化仪表，2009.08.

[3] 李金海.误差理论与测量不确定度评定[M].北京：中国计量出版社，2003：120-236.