CN102435268B - 气体流量计校验装置及校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体流量计的校验领域，尤其涉及应用于核电工程中的气体流量计的校验。为解决现有技术中对气体流量计进行检定时，检定方法复杂，且检定周期长的问题。本发明提出一种气体流量计校验装置，所述气体流量计校验装置包括气泵，所述气泵的输出端连接有过滤减压阀，所述过滤减压阀的输出端连接待检定流量计，所述待检定流量计的输出端连接至少两个相互并联的标准流量计，在所述过滤减压阀与所述待检定流量计之间设置有检测压力表。这样的气体流量计校验装置结构简单，可以在施工场地直接对待检定流量计进行检定，检定周期短，且检定方法简单，测量数据较少，计算简单。

Description

气体流量计校验装置及校验方法

技术领域

本发明涉及气体流量计的校验领域，尤其涉及应用于核电工程中的气体流量计的校验。

背景技术

由于氩气是惰性气体，化学性质非常稳定，即使在高温下也不会和金属发生化学反应，所以，在核电施工以及检修过程中，通常采用氩气作为焊接过程中的保护气体。这样，就可以利用氩气来保护在焊接过程中熔化的金属，使之不能够与空气中的氧、氮等物质发生反应，以避免焊接部位被氧化产生气孔，进而影响焊接质量。

在焊接过程中，若氩气的纯度不够高或流量过小，则容易导致焊口氧化；若流量过大，则极易导致焊口背面出现内凹现象，因此，在进行氩弧焊接时，必须使用氩气流量计对氩气的流量进行控制。然而，氩气流量计的出厂检定与实际标定之间存在系统误差，所以，在使用前必须对其进行实流校准。

按照检定规程规定，标准流量计和被检流量计应为同类型、同规格。由于核电站主回路焊接使用的是自动焊机流量计，其测量量程为0～80L/Min(升每分钟)，远大于普通流量计的量程0～25L/Min，所以不能直接采用计量标准器直接对自动焊机流量计进行检定，进而本领域的技术人员不能够在施工场地直接对其进行检定。目前，通常是在使用前委托权威机构来对自动焊机流量计进行检定。而这些机构通常是以空气为测量介质，来对自动焊机流量计进行检定，具体检定方法如下：使气体由气源经过被检流量计流入计量标准器内，并测量出气体的体积、排出时间，以及计量标准器内和被检流量计进气口处的气体压力和温度。再根据式(1)计算被检流量计在刻度状态下的实际流量。

$q_v=\frac{V}{t}\frac{p_s}{T_s}{\left(\frac{T_N{T}_m}{p_N{p}_m}\right)}^{1/2}---\left(1\right)$

式中：V-排出(流入)装置内的气体体积；

      t-排出(流入)的时间；

      p_N、p_s、p_m-分别为标准状态下，计量标准器内和被检流量计进气口处的气体绝对压力，其中p_N＝101325Pa(帕)；

      T_N、T_S、T_m-分别为标准状态下，计量标准器内和被检流量计进气口处的气体热力学温度，其中T_N＝293.15K。

由于在检定过程中使用的检定介质空气的密度与被检流量计工作使用的介质氩气的密度也不同，还要根据式(2)来对测量得出的结果进行密度修正。而采用该方法对被检流量计进行检定，测量数据较多，任何一项数据测量不准确，都会导致测量结果出现较大的偏差。

$q=q_1\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_{1N}{p}_{N}T}{{\mathrm{\ρ}}_{N}p{T}_N}}---\left(2\right)$

式中：q，q₁-分别为被检流量计工作气体和检定气体的流量；

      ρ_N，ρ_1N-分别为被检流量计工作气体和检定气体在标准状态下的密度；

      p-工作气体的绝对压力；

      T-工作气体的绝对温度。

比如采用容积法对上限刻度流量为50L/min的流量计进行校验的校验结果如表1所示，其中，校准介质为空气，待检定流量计的外观良好，校准温度为20℃，校准压力为101.3kPa(千帕)。

表：1：

另外，由于是委托权威机构对被检流量计进行检定，从数据采集到完成计算、出具检定证书一般需要5-7个工作日，检定周期较长，影响工期。

发明内容

为解决现有技术中对气体流量计进行检定时，检定方法复杂，检定结果准确度低且检定周期长的问题，本发明提出一种气体流量计校验装置，所述气体流量计校验装置包括气泵，所述气泵的输出端连接有过滤减压阀，所述过滤减压阀的输出端连接待检定流量计，所述待检定流量计的输出端连接至少两个相互并联的标准流量计，在所述过滤减压阀与所述待检定流量计之间设置有检测压力表。

这样的气体流量计校验装置结构简单，可以在施工场地直接对待检定流量计进行检定，且检定方法简单，测量数据较少，计算简单，检定周期短，一般只需半个小时。

优选地，在所述标准流量计的入口处设有隔离阀。这样，在进行检定时，判断得出的待检定流量计的量程后，可关闭多余的标准流量计。

优选地，所述气体流量计校验装置中连接气泵、过滤减压阀、待检定流量计和标准流量计的管路是内径相同的硬管。进一步地，所述硬管为不锈钢管。这样，待检定流量计和标准流量计的输入端的压力、温度几乎相同，可忽略不计，进而可将标准流量计的示值视为待检定流量计的实际流量值。

优选地，所述隔离阀为针型阀。

本发明还提出了一种气体流量计的校验方法，其校验步骤如下：

第一步，将所述待检定流量计安装在上述任意一项所述的气体流量校准装置上，并关闭所述气体流量计校验装置上的所有阀门；

第二步，在待检定流量计上选出n个测量点(n＝1、2、3…)，启动所述气泵，并打开所述过滤减压阀，调节气泵输出气体的压力，使其满足检定要求；待检测压力表和标准流量计的示值稳定后，记录对第一个测量点第一次测量时的待检定流量计的指示值q_V11和标准流量计的指示值q_SN11；然后再调节气泵的输出流量，并记录对剩余的其他测量点第一次测量时的待检定流量计的指示值q_Vn1和标准流量计的指示值q_SNn1；重复上述测量操作，分别对每一个测量点进行i次测量(i＝1、2、3…)，并记录待检定流量计的输出流量在每一个测量点上时待检定流量计的指示值q_Vni和标准流量计的指示值q_SNni；

第三步，依据测量得出的待检定流量计在一个测量点上的实际流量值q_vni与在该测量点上标准流量计的指示值q_SNni相等，计算得出待检定流量计在该测量点上每一次测量产生的示值误差E_ni，再计算得出待检定流量计在该测量点上的示值误差E_n，进而计算出待检定流量计在该测量点上的基本误差E_cn和重复性误差E_R，且当E_cn≤E时，待检定流量计合格；当E_cn＞E时，待检定流量计不合格，其中E为待检定流量计的允许误差，

$E_{\mathrm{ni}}=\frac{q_{\mathrm{Vni}}-q_{\mathrm{SNni}}}{q_{\max }}\×100\%(i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·)$

式中：E_ni为待检定流量计的在一个测量点上的一次测量的示值误差，q_Vni为待检定流量计的在该测量点上的该次测量的刻度流量，q_SNni为待检定流量计在该测量点上的该次测量的在刻度状态下的实际流量，q_max为待检定流量计的上限刻度流量；

$E_n=\frac{E_{n1}+E_{n2}+\·\·\·+E_{\mathrm{ni}}}{i}(i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·)$

$E_{\mathrm{cn}}=\sqrt{E_n^2+E_{\mathrm{pn}}^2+E_{\mathrm{qn}}^2}(i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·)$

式中：E_n为待检定流量计的在一个测量点上的示值误差，

i为待检定流量计的在该测量点上的测量次数，

E_pn为待检定流量计的在该测量点上由检定时的压力、温度等影响产生的误差，如果在测量过程中进、出口压力、温度相同或影响较小，可忽略不计，

E_qn为待检定流量计的在该测量点上的人员误差、方法误差等其它方面的误差，

n为测量点的个数。

这样的校验方法，操作简单，需测量数据较少，准确度高。

优选地，所述测量点的数值为所述待检定流量计的量程范围内均匀分布的离散值。

优选地，对所述测量点进行正排序或反排序，并按照排序依次对测量点进行循环的重复测量。这样能够减小在测量过程中人员操作误差。

优选地，选取5个测量点，并对每一个测量点进行3次或4次测量。

附图说明

图1是本发明气体流量计校验装置的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明气体流量计校验装置包括气泵1，且气泵1的输出端与过滤减压阀2的输入端连接，以对气泵1输出的测量介质气体进行过滤减压。在过滤减压阀2与待检定流量计3之间设有检测压力表4，以检测减压后流向待检定流量计3的气体压力。待检定流量计3的输出端连接两个并联的标准流量计5。这样，在检定过程中，流经两个并联的标准流量计5的气体的流量与待检定流量计3输出的气体流量相等。即在进行检定时，若两个并联的标准流量计5的指示值分别为a和b，则待检定流量计的实际流量值为a+b。根据计量检定规程规定：流量计每次检定的基本误差为示值误差与装置准确度的方和根，如果装置准确度优于流量计基本误差限的三分之一时，装置的误差可忽略不计。故在选择标准流量计时，标准流量计的类型与待检定流量计的类型相同， 其中A和B分别为两个并联的标准流量计的准确度。为增大校验装置的量程，还可将多个标准流量计并联，以对待检定流量计输出的气体进行分流，这样，待检定流量计的最大量程即为所有并联的标准流量计的最大量程的和。在标准流量计5与待检定流量计3之间设有隔离阀6，优选针型阀。这样，当待检定流量计3的量程较小时，可关闭一些隔离阀6，进而减少气体分流支路数量，以减小测量误差。气泵与过滤减压阀之间、过滤减压阀与待检定流量计之间以及待检定流量计与各个隔离阀和标准流量计之间均采用相同内径的硬管无缝连接，优选不锈钢管。

在对自动焊机流量计进行检定时，先根据其上的刻度判断量程，并在其量程范围内选择n个均匀分布的流量值为测量点(n＝1、2、3……)。优选地，n＝5，再将自动焊机流量计作为待检定流量计3安装在气体流量计校验装置上，并关闭所有阀门。然后启动气泵1，使氩气从气泵1中流出，并打开过滤减压阀2，调节气泵输出的气体的压力，使流入待检定流量计3的气体压力满足检定要求。再慢慢打开隔离阀6，使待检定流量计3输出的气体进入标准流量计5，并调节待检定流量计3的输出流量，使标准流量计5的指示值为待检定流量计3上流量值最小的测量点的流量值，待待检定流量计3、检测压力表4和标准流量计5的示值稳定后，记录待检定流量计3的指示值q_V11和标准流量计5的指示值q_SN11。然后调节增大待检定流量计3的输出流量，使其输出流量达到下一个测量点的流量值，并记录待检定流量计3的指示值q_V21和标准流量计的指示值q_SN21。重复操作，直到待检定流量计3的输出流量达到流量值最大的测量点的流量值，并记录对剩余的其他测量点第一次测量时的待检定流量计3的指示值q_Vn1和标准流量计5的指示值q_SNn1(n＝3、4、5……)。然后，再调节并减小待检定流量计3的输出流量，并记录回程过程中，在各个测量点上待检定流量计3的指示值q_Vn2、q_V(n-1)2、…、q_V12和标准流量计5的指示值q_SNn2、q_SN(n-1)2、…、q_SN12(n＝1、2、3……)。重复上述循环测量操作，对每个测量点进行i次测量(i＝1、2、3……)，待检定流量计的指示值和标准流量计的指示值分别为q_Vni和q_SNni。优选地，i＝3或4。即按照正排序依次对各个测量点进行循环重复测量。当然，也可以在安装好待检定流量计之后再判断其量程，即只要在打开隔离阀之前判断出其量程，进而判断出需打开多少隔离阀来对其进行检定即可。

在对各个测量点进行测量时，也可以从流量值最大的测量点开始测量，再使待检定流量计3的输出流量依次递减，然后再依次递增，对各个测量点进行循环测量，每一个测量点得到i个测量结果。即按照反排序依次对各个测量点进行循环重复测量。当然，也可以任意地选一个测量点开始测量，然后再先使待检定流量计3的输出流量依次递减或依次递增，对各个测量点进行循环测量，每一个测量点得到i个测量结果；还可以随机地对各个测量点分别进行i次测量。

由于本发明气体流量计校验装置上各个部件之间均采用内径相同的硬管无缝连接，且标准流量计和待检定流量计的类型一致，所以，待检定流量计和标准流量计的进气口处的压力、温度几乎相同，这样，由式(3)可知，标准流量计指示的刻度可视为待检定流量计的实际流量，即q_vni＝q_SNni(i＝1、2、3……，n＝1、2、3……)。

$q_{\mathrm{vni}}={\left(\frac{P_S{T}_m}{P_m{T}_s}\right)}^{1/2}\×q_{\mathrm{SNni}}(i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·)---\left(3\right)$

式中：p_S、p_m-分别为标准流量计和待检定流量计进气口处的气体绝对压力；

      T_S、T_m-分别为标准流量计和待检定流量计进气口处的气体绝对温度；

      q_vni-待检定流量计的实际流量；

      q_SNni-标准流量计在标准流量状态下的刻度流量。

又因为

$E_{\mathrm{ni}}=\frac{q_{\mathrm{Vni}}-q_{\mathrm{vni}}}{q_{\max }}\×100\%(i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·)---\left(4\right)$

所以

$E_{\mathrm{ni}}=\frac{q_{\mathrm{Vni}}-q_{\mathrm{SNni}}}{q_{\max }}\×100\%(i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·)---\left(5\right)$

式中：E_ni-待检定流量计的在一个测量点上的一次测量的示值误差；

      q_Vni-待检定流量计的在一个测量点上的一次测量的刻度流量；

      q_vni-待检定流量计的在一个测量点上的一次测量的实际流量；

      q_SNni-待检定流量计在一个测量点上的一次测量的在刻度状态下的实际流量；

      q_max-待检定流量计的上限刻度流量。

由于基本误差和重复性误差是验证流量计是否满足测量气体流量要求的重要依据，所以要先得出待检定流量计在不同测量点上的基本误差E_cn和重复性误差E_R，才能对待检定流量计是否满足要求进行判定，即当基本误差E_cn小于或等于待检定流量计的允许误差E时，该待检定流量计合格，可直接使用；当基本误差E_cn大于待检定流量的允许误差E时，该待检定流量计不合格，不可以直接使用。其中，基本误差可根据式(6)和(7)计算得到；重复性误差是指在相同的条件下，i次检定中最大和最小的实际流量之差，且不能超过基本误差限绝对值的二分之一。

$E_n=\frac{E_{n1}+E_{n2}+\·\·\·+E_{\mathrm{ni}}}{i}(i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·)---\left(6\right)$

$E_{\mathrm{cn}}=\sqrt{E_n^2+E_{\mathrm{pn}}^2+E_{\mathrm{qn}}^2}(i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·,n=\mathrm{1,2,3}\·\·\·\·\·\·)---\left(7\right)$

式中：E_n-待检定流量计的在一个测量点上的示值误差；

      i-待检定流量计的在一个测量点上的测量次数；

      E_pn-待检定流量计的在一个测量点上由检定时的压力、温度等影响产生的误差，如果在测量过程中进、出口压力、温度相同或影响较小，可忽略不计；

      E_qn-待检定流量计的在一个测量点上的人员误差、方法误差等其它方面的误差；

      n-测量点的个数。

使用本发明气体流量计校验装置及校验方法对上限刻度流量为50L/min的流量计进行校验，校验温度为20℃，压力为101.3kPa下，校验其校验结果如表2所示。

表2：

Claims (8)

1.一种气体流量计的校验装置，其特征在于，所述气体流量计校验装置由气泵、过滤减压阀、至少两个相互并联的标准流量计、隔离阀和检测压力表通过管路连接构成；所述气泵的输出端与过滤减压阀的输入端连接，所述过滤减压阀的输出端与待检定流量计的输入端连接，所述待检定流量计的输出端与所述标准流量计的入口连接；所述隔离阀设置在所述标准流量计的入口处，所述检测压力表设置在所述过滤减压阀与所述待检定流量计之间。

2.根据权利要求1所述的气体流量计校验装置，其特征在于，所述气体流量计校验装置中连接气泵、过滤减压阀、待检定流量计和标准流量计的管路是内径相同的硬管。

3.根据权利要求2所述的气体流量计校验装置，其特征在于，所述硬管为不锈钢管。

4.根据权利要求1所述的气体流量计校验装置，其特征在于，所述隔离阀为针型阀。

5.一种气体流量计的校验方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，将所述待检定流量计安装在权利要求1至4中任意一项所述的气体流量校验装置上，并关闭所述气体流量计校验装置上的所有阀门；

第二步，在待检定流量计上选出n个测量点(n＝1、2、3…)，启动所述气泵，并打开所述过滤减压阀，调节气泵输出气体的压力，使其满足检定要求；待检测压力表和标准流量计的示值稳定后，记录对第一个测量点第一次测量时的待检定流量计的指示值q_V11和标准流量计的指示值q_SN11；然后再调节气泵的输出流量，并记录对剩余的其他测量点第一次测量时的待检定流量计的指示值q_Vn1和标准流量计的指示值q_SNn1；重复上述测量操作，分别对每一个测量点进行i次测量(i＝1、2、3…)，并记录待检定流量计的输出流量在每一个测量点上时待检定流量计的指示值q_Vni和标准流量计的指示值q_SNni；

第三步，依据测量得出的待检定流量计在一个测量点上的实际流量值q_vni与在该测量点上标准流量计的指示值q_SNni相等，计算得出待检定流量计在该测量点上每一次测量产生的示值误差E_ni，再计算得出待检定流量计在该测量点上的示值误差E_n，进而计算出待检定流量计在该测量点上的基本误差E_cn和重复性误差E_R，且当E_cn≤E时，待检定流量计合格；当E_cn＞E时，待检定流量计不合格，其中E为待检定流量计的允许误差，

$E_{\mathrm{ni}}=\frac{q_{\mathrm{Vni}}-q_{\mathrm{SNni}}}{q_{\max }}\×100\%(i=\mathrm{1,2,3}......,n=\mathrm{1,2,3}......)$

式中：E_ni为待检定流量计的在一个测量点上的一次测量的示值误差，

q_Vni为待检定流量计的在该测量点上的该次测量的刻度流量，

q_SNni为待检定流量计在该测量点上的该次测量的在刻度状态下的实际流量，

q_max为待检定流量计的上限刻度流量；

$E_n=\frac{E_{n1}+E_{n2}+...+E_{\mathrm{ni}}}{i},(i=\mathrm{1,2,3}......,n=\mathrm{1,2,3}.......)$

$E_{\mathrm{cn}}=\sqrt{E_n^2+E_{\mathrm{pn}}^2+E_{\mathrm{qn}}^2},(i=\mathrm{1,2,3}......,n=\mathrm{1,2,3}......)$

式中：E_n为待检定流量计的在一个测量点上的示值误差，

i为待检定流量计的在该测量点上的测量次数，

E_pn为待检定流量计的在该测量点上由检定时的压力、温度影响产生的误差，如果在测量过程中进、出口压力、温度相同或影响较小，可忽略不计，

E_qn为待检定流量计的在该测量点上的人员误差、方法误差，

n为测量点的个数。

6.根据权利要求5所述的气体流量计的校验方法，其特征在于，所述测量点的数值为所述待检定流量计的量程范围内均匀分布的离散值。

7.根据权利要求5或6所述的气体流量计的校验方法，其特征在于，对所述测量点进行正排序或反排序，并按照排序依次对测量点进行循环的重复测量。

8.根据权利要求5或6所述的气体流量计的校验方法，其特征在于，选取5个测量点，并对每一个测量点进行3次或4次测量。