气涡轮流量计的气体流量标准装置的比对试验数据分析

摘要：通过对气涡轮流量计检定条件及使用条件一致性限定及技 术处理,提高了气涡轮流量计使用准确度。然后再通过对空气-蒸汽介质替代换算系数的实验研究,确定了空气-蒸汽换算系数。首次用气涡轮流量计作为标准用于蒸汽流量量值的传递，研究了气体流量装置,并获得了较为满意的结果。
引言
蒸汽流量计的检定技术,目前在国内仍处于研究阶段,国内一些生产厂相继建立了以蒸汽为工作介质的标准装置。但因耗能大,工作条件不好等因素而在努力寻求以空气为工作介质的新途径。经调查,目前国内已经出现的以空气为工作介质的标准装置主要有二种:一是音速喷嘴式，其装置测定精度虽然满足了检定要求,但装置造价高,每台约100多万元。实践证明,其技术是可行的,但投资费用及管理运行费用庞大, - .般计量检定机构不可能普遍采用。其二是风机孔板式，该装置虽然造价不高,但准确度低,加之该类装置压力损失大,而风源压力低,故量程往往不能满足检定要求，国家计量部门已确认这一一点。另外国内有些单位也在寻求用涡街流量计来代替喷嘴或孔板的尝试，但使用参数尚不成熟。
为解决上述蒸汽计量检定的难题，我们参与研制了LDQ- KJ- 100型气体流量标准装置。首次把气涡轮流量计应用于气体(含蒸汽)流量量值的传递中,并获得了较为满意的结果。
1气体流量标准装置简介
1.1装置的结构
该装置主要由风源、标准流量、被检流量和数据处理等四部分组成,如图1所示。风源部分由柴油机和罗茨鼓风机构成,静压力(表)为0.05 MPa,风量为40m3/min,满足被检表流量上限要求。标准.流量部分由气涡轮流量计、压力表和温度计等构成，以产生具有规定准确度的标准流量值。被检流量由被检表(如分流旋翼式蒸汽流量计)、压力表温度计和消音器等构成。数据处理部分由计算机、工作台等构成，此外还有手动葫芦、支架、阀门和管路等辅助部件。

1.2 装置的工作原理
从风源排出的具有--定流量的空气经标准表和被检流量计时,在标准表中即产生一定频率的电脉冲信号,经与之配合的二次显示仪表输人电路放大整形后,送人系数单元,把脉冲单位转换为流量单位,再送入显示单元进行累计量的数字显示,然后通过介质换算系数及温度、压力等全面修正得出流经标准表的标准质量流量,再通过与被检表的指示质量流量进行比较,即可得出被检表在该流量下的相对误差。
1.3 装置的主要技术指标(由河北省计量院认定)
1)装置风源流量上限:40m'/min
2)风源压力:0.035 ~0.05MPa
3)量程:10 ~440L/s
4)流量稳定度:≤1%
5)装置精确度:1.15% (置信概率P=95% )压力表为0.25级的标准压力表,温度计分度值为0.1℃的二等标准温度计。装置准确度的评定公式为:

式中:δ为装置的准确度;δ?为标准表的流速准确度;δD为标准表前的管道内径准确度;δP为压力表的准确度;δr为温度计的准确度。
2气体 流量标准装置的关键技术及创新
2.1标准流量部分是该装置的关键
标准表的选择可以有多种,本装置选择涡轮流量传感器做标准表,充分利用了该表量程宽、压力损失小。、易驱动、重复性好、便于控制和调节等诸多优点。一是扩展了装置的流量测量范围,满足了被检表的量程要求;二是大大降低了标准表的成本。
2.2装置的准确度是装置的主要技术指标
本装置的数据处理利用了计算机技术，在国内首次采用了国外流量界提出的一种理论误差跟踪法。其原理是:在流量计的性能稳定即重复性好的前提下,用计算机技术把该标准表检定时流量标准值(相对真值)加以对应复现(标准表检定时的检定点与作为标准表使用时的使用点相吻合),从而逐点消除了该表的系统误差,只剩下了随机误差(实际是重复性误差)表征标准表的实际准确度,这样便将名义准确度等级为1.5级的气体气涡轮流量计的准确度提高到了0.5%左右。
2.3空气与蒸汽的换算 系数的确定
这是影响装置准确度的一个重要因素。我们在查阅了国内大量有关资料的基础上,分别在空气及蒸汽测量装置上,进行了上百次系列实验,通过对大量不同介质、不同流量范围及不同测量条件下的实验数据,进行了回归处理后,确定了空气-蒸汽换算的最佳换算系数,为气涡轮流量计,以压缩空气为介质检定蒸汽流量计提供了必要条件。
3气体流量标准装置的比对试验数据
1)对同一台蒸汽流量计在该装置上的检定结果与蒸汽流量检定装置上鉴定结果的比对如表1所示。该装置准确度为1.25%。表1所列数据为误差最大值。
2)装置主要技术参数与同类装置的比对,如表2所示。

4结论
1)用气涡轮流量计作为传递标准的该装置,具有量程宽、压损小、重复性好等优点,克服了其它类型装置压损大、量程不够的缺陷，且造价低廉、其投资是音速喷嘴式装置的20%左右。
2)对标准表的主要误差项(系统误差)采用误差跟踪法进行了消除,大大提高了装置测量准确度。
3)对蒸汽流量量值传递中空气-蒸汽换算系数,由大量实验数据通过回归处理来确定,置信度比较高。

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