摘 要 本文介紹了標(biāo)準(zhǔn)表組合法的便攜式小型氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的原理、組成、主要技術(shù)措施。本裝置的測(cè)量擴(kuò)展不確定度達(dá)到了0.75%（k=2）。

關(guān)鍵詞 氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 標(biāo)準(zhǔn)表法 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

便攜式小型氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)初衷是檢測(cè)服務(wù)到現(xiàn)場(chǎng)，其具有體積小巧，重量輕，易拆解等特點(diǎn)。本裝置主要適用于膜式燃?xì)獗?、流量小?60m3/h的容積式、速度式等氣體流量計(jì)的檢定、校準(zhǔn)工作。

1 原理及組成

1.1 測(cè)量原理

裝置是利用標(biāo)準(zhǔn)表組合法測(cè)量的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)表組由三臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)表組成，可以分別進(jìn)行單獨(dú)和組合測(cè)量，每一塊標(biāo)準(zhǔn)表都有獨(dú)立的管路，測(cè)溫，測(cè)壓，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制根據(jù)流體的連續(xù)測(cè)量原理，通過標(biāo)準(zhǔn)流量與被檢表的示值比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢流量計(jì)的檢定和校準(zhǔn)工作。

1.2 裝置的構(gòu)成

整套裝置依據(jù)不同的功能可以分為氣源及控制系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)表系統(tǒng)，管路系統(tǒng)，補(bǔ)償系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。

氣源選用上海的HG2200S型漩渦氣泵?？刂撇糠种饕糜诳刂骑L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

標(biāo)準(zhǔn)表系統(tǒng)主要由兩塊DN50標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和一臺(tái)DN50標(biāo)準(zhǔn)羅茨流量計(jì)。

管路系統(tǒng)主要包括DN50標(biāo)準(zhǔn)表管道3條；標(biāo)準(zhǔn)表管路分離罐；標(biāo)準(zhǔn)表管路匯集罐；被檢表管路；變徑接頭；塑料軟管；意式超薄型球閥、普通球閥等。

補(bǔ)償系統(tǒng)主要涉及溫度、壓力的測(cè)量。溫度的測(cè)量主要依靠四支01029型不銹鋼P(yáng)t100A級(jí)鉑電阻溫度傳感器及0.2級(jí)RTT型溫度變送器；壓力的測(cè)量主要由四支0.25級(jí)差壓傳感器和一支0.25級(jí)絕壓傳感器承擔(dān)。

數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要分為兩部分，一部分是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一部分是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 主要技術(shù)措施

2.1 標(biāo)準(zhǔn)器組

為了提升標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度，對(duì)每臺(tái)流量計(jì)按流量范圍分段在線標(biāo)定確定儀表系數(shù)，并對(duì)流量計(jì)輸出加裝旋轉(zhuǎn)編碼器，保證每一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)使用流量點(diǎn)的流量測(cè)量不確定度在0.5%以內(nèi)。

2.2 補(bǔ)償系統(tǒng)

熱電阻按10℃間隔，對(duì)各點(diǎn)逐個(gè)標(biāo)定其阻值，修正熱電阻誤差。熱電阻插入深度均為管路中心處，保證每支溫度傳感器的測(cè)溫可靠。通過以上措施確保不確定度控制在0.2%。

2.3 管路設(shè)計(jì)

為了減小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)引起脈動(dòng)流和降低流場(chǎng)的擾動(dòng)，采取了以下措施：通過延長(zhǎng)軟管增加了風(fēng)機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)表系統(tǒng)之間的距離；在標(biāo)準(zhǔn)表與風(fēng)機(jī)之間增加了一個(gè)為10L的滯止容器；在渦輪流量計(jì)進(jìn)氣口端安裝了50cm的直管段。此外還設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)表管路匯集罐，實(shí)現(xiàn)了多表組合測(cè)量。

2.4 氣源系統(tǒng)

通過筆記本電腦軟件指令可以通過控制變頻器來達(dá)到控制氣泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)不同流速的流場(chǎng)。通過測(cè)試其流量大于10 m3/h時(shí)，其調(diào)節(jié)流量與預(yù)設(shè)流量偏差小于5%。

2.5 控制系統(tǒng)

針對(duì)檢定對(duì)象設(shè)計(jì)了三種檢定模式：膜式燃?xì)獗?、容積式流量計(jì)、速度式流量計(jì)模式。根據(jù)三種流量計(jì)類型和對(duì)應(yīng)地檢定規(guī)程分別設(shè)計(jì)了溫壓補(bǔ)償和數(shù)據(jù)處理程序；針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)了兩種檢定方式：自動(dòng)檢定和手動(dòng)檢定。

對(duì)于針對(duì)不同流量值下，標(biāo)準(zhǔn)表或標(biāo)準(zhǔn)表組的選擇系統(tǒng)也做了準(zhǔn)備，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)檢定流量在檢定開始前彈出對(duì)話框提醒檢定人員打開或關(guān)閉相應(yīng)閥門。

2.6 數(shù)學(xué)模型

（1）

（2）

2.7 標(biāo)準(zhǔn)表組合測(cè)量的不確定度

整套裝置測(cè)量范圍較寬，單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)難以覆蓋整個(gè)流量范圍，因此需要組合測(cè)量。針對(duì)50 m3/h以下的流量選擇羅茨流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)，其量程比較寬流量下限??；針對(duì)50～200 m3/h之間的流量選擇兩塊渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)；針對(duì)流量值大于200 m3/h的則三塊標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)同時(shí)啟用。

依據(jù)并聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)總流量的相對(duì)擴(kuò)展不確定度不會(huì)大于標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)相對(duì)擴(kuò)展不確定度中最大的那個(gè)相對(duì)擴(kuò)展不確定度的理論，并考慮到環(huán)境及人為等因素的影響，整套裝置的測(cè)量不確定度為0.75%（k=2）。

3 結(jié)束語

表1

該裝置通過音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定，整個(gè)裝置的擴(kuò)展不確定度為0.75%（k=2）。便攜式小型氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置研制的成功，使現(xiàn)場(chǎng)檢定成為可能，對(duì)提高計(jì)量服務(wù)水平更好的為用戶服務(wù)有很大幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇彥勛.梁國(guó)偉，盛健.流量計(jì)量與測(cè)試[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007：371-387.

[2] 郭愛華. 標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[J]. 自動(dòng)化儀表，2009.08.

[3] 李金海.誤差理論與測(cè)量不確定度評(píng)定[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2003：120-236.