在工礦企業(yè)中，需要進(jìn)行氣體流量測(cè)量的場(chǎng)合隨處可見(jiàn).目前，氣體流量的計(jì)量問(wèn)題成為我國(guó)計(jì)量?jī)x表發(fā)展的重點(diǎn)，很多問(wèn)題都尚未得到解決.此外，氣體流量計(jì)的品種也不齊全，特別是大口徑、大流量的氣體流量計(jì)存在很多的問(wèn)題.因此對(duì)于氣體流量計(jì)的準(zhǔn)確性及其傳遞有著更為嚴(yán)格的要求[1].在流量計(jì)的實(shí) 際使用過(guò)程中，一般都從儀器的選擇方面提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，但卻常常忽略了從zui初的檢定來(lái)減小誤差的影響.但事實(shí)上，只有確保了檢定的準(zhǔn)確性，才能減小 氣體流量計(jì)使用誤差，從而進(jìn)一步提高測(cè)量的準(zhǔn)確度.

  玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)在檢定過(guò)程中，因調(diào)節(jié)氣體流量的方法不同會(huì)直接影響檢定結(jié)果的準(zhǔn)確度.針對(duì)這一問(wèn) 題，采用氧氣、二氧化碳2種氣體分別作為檢定介質(zhì)，利用容積法對(duì)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)分別采用前調(diào)與后調(diào)流量的方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn).根據(jù)實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研 究，證實(shí)了對(duì)氣體流量的調(diào)節(jié)采用后調(diào)流量的方法，可使檢定誤差大大減小，因而進(jìn)一步提高了檢定結(jié)果的準(zhǔn)確度.這不僅對(duì)于實(shí)際檢定工作中提高檢定準(zhǔn)確度有著 重要的意義，同時(shí)提高了流量計(jì)實(shí)際使用時(shí)的準(zhǔn)確性.

  在實(shí)際工作中，多數(shù)檢定人員沒(méi)有意識(shí)到前調(diào)和后調(diào)的區(qū)別，但是2種看似差別不大的調(diào)節(jié)方式對(duì)檢定結(jié)果影響很大。目前針對(duì)這個(gè)問(wèn)題多是理論分析， 缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，本課題針對(duì)上述情況在前期進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并獲得了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合建立的數(shù)學(xué)模型，來(lái)對(duì)前調(diào)與后調(diào)流量2種方法進(jìn)行對(duì) 比分析.同時(shí)對(duì)于如何在檢定玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)提高檢定精度方面做了研究，并提出了有效的解決方法，從而大大減小了玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢定誤差.

1 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的檢定原理與數(shù)學(xué)模型

  轉(zhuǎn)子流量計(jì)的檢定標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)jjg257-2007轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢定規(guī)程而進(jìn)行的[2]，檢定時(shí)采用鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置.鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn) 裝置如圖1所示[3-4].圖中的鐘罩是一個(gè)上部有頂蓋，下部開口的容器，筒體內(nèi)盛滿水或者不易揮發(fā)的油.由于液封的作用，使得鐘罩成為一個(gè)密封的容器. 進(jìn)氣閥上的導(dǎo)管插入鐘罩內(nèi)，頂端露出液面，其高度以鐘罩下降到zui低點(diǎn)時(shí)不碰到鐘罩頂蓋為宜.為了避免鐘罩下降時(shí)晃動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)輪、定滑輪及配重錘來(lái)調(diào)節(jié)鐘罩 內(nèi)的壓力.檢定玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理是首先打開進(jìn)氣閥門，關(guān)閉出氣閥，開動(dòng)氣泵使氣體通過(guò)導(dǎo)管流入氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作量器內(nèi).當(dāng)鐘罩上升到zui高位 置時(shí)，關(guān)閉氣泵，停一段時(shí)間后，待標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)氣體的溫度穩(wěn)定時(shí)，開始檢定流量計(jì).鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置本身是一個(gè)恒壓源并給出標(biāo)準(zhǔn)容積的裝置.打開出氣 閥和調(diào)節(jié)閥，鐘罩以一定的速度下降.此時(shí)開始計(jì)時(shí)，流量計(jì)開始計(jì)數(shù)，測(cè)出鐘罩排出的氣體體積、溫度和時(shí)間，鐘罩內(nèi)的氣體通過(guò)導(dǎo)氣管經(jīng)被檢定的流量計(jì)流入大 氣，計(jì)算出流量計(jì)在刻度狀態(tài)下的實(shí)際流量和示值誤差.實(shí)際流量值可根據(jù)公式(1)計(jì)算得出[5]式中，v，τ分別為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)排出的氣體體積，排出裝置的時(shí)間.pn，ps，pm分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計(jì)前的氣體壓 力，pn =101 325pa.tn，ts，tm分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計(jì)前的氣體溫度，tn = (273.15+20)k=293.15k.將實(shí)際流量值q 與被檢流量計(jì)的顯示值q′相比較，利用公式(2)可計(jì)算出被檢流量計(jì)示值相對(duì)誤差為[5]式中，δv——— 被檢流量計(jì)示值相對(duì)誤差，q′——— 被檢流量計(jì)的顯示值，q——— 實(shí)際流量值.鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置如圖1所示.

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

2.1 氣體測(cè)量刻度換算

  日常使用的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，由于轉(zhuǎn)子流量計(jì)制造廠家標(biāo)定設(shè)備的限制，通常只能用水或者空氣來(lái)進(jìn)行標(biāo)定，所以實(shí)驗(yàn)中所用的檢定介質(zhì)為非標(biāo)定介質(zhì)，應(yīng)對(duì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正也稱為刻度換算.本實(shí)驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下檢定點(diǎn)為1 000l/h，氣體的密度受壓力、溫度變化的影響較大.因此，測(cè)量不同氣體時(shí)要進(jìn)行刻度換算.流量計(jì)的換算問(wèn)題，實(shí)際上就是對(duì)于不同的流體浮子處于同一高度時(shí)，所反映出的流量值不同.這里使用了簡(jiǎn)化后的刻度氣體換算公式，忽略黏度對(duì)流 體氣體的影響.在實(shí)驗(yàn)時(shí)的檢定溫度設(shè)定為常溫.介質(zhì)不是干空氣，所以要對(duì)流量示值進(jìn)行修正，可用公式(3)，求出檢定介質(zhì)的修正值[6-7]式中，qv0為流量計(jì)的氣體示值流量或輸出信號(hào)所對(duì)應(yīng)的流量.ρ01為使用氣體在刻度狀態(tài)下的密度.qv，p，t分別為工作狀態(tài)下的氣體流量換 算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量，被測(cè)氣體的壓力(即表壓力與大氣壓力之和)及溫度.ρ0，p0，t0分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測(cè)干氣體的密度、壓力及開爾文溫度，p0 =101 325pa.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧氣的密度是1.331kg/m3，二氧化碳的密度為1.829kg/m3，空氣的度為1.205kg/m3.根據(jù)修正公式(3)，可以得到氧氣修正后檢定點(diǎn)為945.44l/h，二氧化修正后檢定點(diǎn)為806.53l/h.

2.2 氧氣和二氧化碳實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與計(jì)算

  玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢定介質(zhì)為氧氣前調(diào)流量和后調(diào)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1和表2所示.

  在檢定玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)，以上一組數(shù)據(jù)是以氧氣為介質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，壓力下所對(duì)應(yīng)的2個(gè)值分別為ps，pm，即流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計(jì)前氣體的 壓力.實(shí)驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下檢定點(diǎn)為1 000l/h，根據(jù)公式(3)，對(duì)氧氣修正后的檢定點(diǎn)為945.44l/h.根據(jù)公式(1)、表1以及表2中氧氣的實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)可得前調(diào)和后調(diào)流量值如圖2所示.

根據(jù)公式(2)，介質(zhì)為氧氣的前調(diào)及后調(diào)流量的示值誤差

  實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于檢定時(shí)氣體流量的前調(diào)和后調(diào)都分別采集了3組數(shù)據(jù)，對(duì)于3組數(shù)據(jù)求得的平均值作為zui后的實(shí)際流量值，使檢定結(jié)果更加準(zhǔn)確.從以上的 實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，對(duì)氧氣的數(shù)據(jù)分析知前調(diào)流量平均值為659.73l/h，后調(diào)流量平均值為987.64l/h，相比刻度修正后氧氣的檢定點(diǎn)，后調(diào)流量與密 度修正后檢定點(diǎn)945.44l/h的值更為接近.由前調(diào)和后調(diào)流量氧氣的示值誤差計(jì)算知，前調(diào)流量相對(duì)誤差為43.3%，后調(diào)流量相對(duì)誤差為4.3%.從 而可以看出，檢定時(shí)使用后調(diào)流量，其實(shí)際流量值與檢定點(diǎn)更為接近且相對(duì)誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前調(diào)流量.2種看似差別不大的調(diào)節(jié)流量的方法，對(duì)于檢定結(jié)果卻有很大的 差異，后調(diào)流量可使檢定結(jié)果更為準(zhǔn)確.對(duì)于一種介質(zhì)，由于其每種氣體都有各自的特殊性，從而不能充分地說(shuō)明哪種調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度更高，相對(duì)誤差更小.為了使結(jié)果 具有普遍性，任意選用另外一種氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便更加清楚地說(shuō)明結(jié)果的普遍性.玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢定介質(zhì)為二氧化碳前調(diào)流量和后調(diào)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3和表4 所示.

  對(duì)于以二氧化碳為介質(zhì)檢定轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)，其檢定點(diǎn)同樣選擇1 000l/h，同理根據(jù)公式(1)、表3和表4中二氧化碳的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得二氧化碳前調(diào)和后調(diào)流量值如圖3所示.

  對(duì)于前調(diào)和后調(diào)流量，以每組中4次實(shí)際流量值的平均值為前調(diào)和后調(diào)zui后的實(shí)際流量值，避免粗大誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.同理根據(jù)公式(2)，二氧 化碳修正后檢定點(diǎn)的值為806.53l/h，由圖3中前調(diào)的平均值與后調(diào)平均值可得二氧化碳的示值誤差：前調(diào)為14.3%，后調(diào)為7.0%，其計(jì)算過(guò)程與 氧氣的示值誤差計(jì)算過(guò)程相同.

  對(duì)二氧化碳的數(shù)據(jù)分析知前調(diào)流量平均值為705.81l/h，后調(diào)流量平均值為867.41l/h，相比對(duì)二氧化碳刻度修正后的檢定點(diǎn)，后調(diào)流 量與密度修正后檢定點(diǎn)806.53l/h的值更為接近.前調(diào)流量相對(duì)誤差為14.3%，后調(diào)流量相對(duì)誤差為7.0%.二氧化碳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加充分地證明了 在對(duì)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢定時(shí)，使用后調(diào)流量可使相對(duì)誤差大大減小，檢定結(jié)果更加準(zhǔn)確.

3 結(jié)論

  從氧氣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：前調(diào)流量平均值為659.73l/h，后調(diào)流量平均值為987.64l/h，后調(diào)流量均值與氧氣密度修正后檢定點(diǎn) 945.44l/h的值更為接近.對(duì)于示值誤差，前調(diào)流量相對(duì)誤差為43.3%，后調(diào)流量相對(duì)誤差為4.3%，后調(diào)流量的誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前調(diào)流量的誤差值. 從二氧化碳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到前調(diào)流量平均值為705.81l/h，后調(diào)流量平均值為867.41l/h，與密度修正后檢定點(diǎn)806.53l/h相比較， 可以清楚看到后調(diào)流量均值更為接近修正后的檢定點(diǎn).二氧化碳前調(diào)流量相對(duì)誤差為14.3%，后調(diào)流量相對(duì)誤差為7.0%，進(jìn)一步證實(shí)了在檢定玻璃轉(zhuǎn)子流量 計(jì)時(shí)使用后調(diào)流量可使檢定結(jié)果更加準(zhǔn)確，減小誤差對(duì)檢定結(jié)果的影響.