CN103471686A - 一种气体流量标准装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型的气体流量标准装置及其应用方法。该气体流量标准装置，主要包括标准流量计组、被检流量计试验台、信号采集和控制系统、气体循环动力系统以及高压气源；其中，标准流量计组、被检流量计以及气体循环动力系统依次通过管路连通构成封闭回路；信号采集和控制系统在标准流量计组、被检流量计所在管路段分别设置有温度测量单元和压力测量单元，并对高压风机、热交换器和封闭回路中的各个流量调节阀门进行控制。该气体流量标准装置占地面积小、检测气体压力稳定可调，运行时噪音低且运行能耗低。

Description

一种气体流量标准装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种气体流量标准装置。

背景技术

气体流量标准装置是用于气体流量计检测校准的试验装置，属于各种气体流量计的上一级工作标准。

目前，国内气体流量标准装置主要有两种原理：即音速喷嘴法气体流量标准装置和标准表法气体流量标准装置，按压源不同又分为：负压抽气式和正压直排式。对于音速喷嘴法气体流量标准装置和标准表法气体流量标准装置，无论采用负压抽气法或正压直排法均存在以下缺点：

负压抽气式：

1）不符合流量计使用工况，无法检测高压流量计；

2）检定工作环境无法满足，直接抽取实验室气体；

3）设备运行噪音大，开口工作方式。

正压直排式：

1）高压罐群占地面积大，造价高；

2）高压气体直接排至大气，浪费能源；

3）压力调节和流量稳定难以保证。

发明内容

为克服上述传统方案存在的缺陷，本发明提供一种新型的气体流量标准装置，占地面积小、检测气体压力稳定可调，运行时噪音低且运行能耗低。

本发明的基本解决方案如下：

该气体流量标准装置，主要包括标准流量计组、被检流量计试验台、信号采集和控制系统、气体循环动力系统以及高压气源；其中，标准流量计组、被检流量计以及气体循环动力系统依次通过管路连通构成封闭回路；所述气体循环动力系统包括缓冲容器、热交换器以及适用于不同流量范围的两个高压风机，缓冲容器具有至少三个接口，第一接口用以接至高压气源充入高压气体，第二接口经管道伸缩器接至被检流量计的出口，第三接口通过进气直管接至第一高压风机的进气口，并由该进气直管引出支管接至第二高压风机的进气口，这两个高压风机的出气口分别对应接至热交换器的两个输入口，热交换器的主输出口经由标准流量计组接至被检流量计的入口，热交换器还设置有回流接口经回流管路接至所述进气直管；所述信号采集和控制系统在标准流量计组、被检流量计所在管路段分别设置有温度测量单元和压力测量单元，并对高压风机、热交换器和封闭回路中的各个流量调节阀门进行控制。

基于上述基本技术方案，本发明还进行如下优化限定和改进：

上述标准流量计组采用不同口径以及流量测量范围的多个标准流量计集合组成，所述标准流量计选择涡轮流量计、罗茨流量计或层流流量计；或者选择一组临界流文丘里喷嘴作为标准流量计组。

上述第一高压风机为高压离心风机，第二高压风机为高压罗茨风机。

上述热交换器及其回流管路采用压缩机/冷媒循环降温装置，或者采用水泵/冷却水循环系统。

上述信号采集和控制系统通过变频器对高压风机、热交换器和封闭回路中的各个流量调节阀门进行调节。

应用上述的气体流量标准装置，进行气体流量计检测校准，主要包括以下步骤：

1）将被检流量计固定密封安装在试验台上；

2）根据被检流量计的特性和要求，将高压气源的气体介质充入封闭回路中至一定的压力，检测并确保封闭回路的密封性；

3）利用变频器选择设置适当的流量点和温度点，开启高压风机和热交换器，使气流在管路系统中循环流动，待气流的压力、温度稳定后开始检测；

4）采集标准流量计处和被检流量计处的压力、温度和流量信号，通过相应的数据处理，计算得出被检流量计的示值误差。

本发明具有以下优点：

占地面积小、不需专建泵房；

检测气体压力稳定，没有减压阀；

噪音低，检测时管道全封闭，没有开口；

与正压直排式装置相比，设备运行能耗低；

检测气体压力（0.1～1）MPa可调，由注入气体确定；

检测气体温度、密度可调；

气体介质可选，空气和其他惰性气体；

封闭循环检测方法，检测环境条件容易保证。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1-高压气源；2-缓冲容器；3-管道伸缩器；4-大风机；5-小风机；6-热交换器；7-数据采集控制系统；8-标准流量计组；9-被检流量计；10-温度测量；11-压力测量。

具体实施方式

本发明提出的气体流量标准装置在原理上有别于传统方案，是一种高压正循环标准表法气体流量标准装置。

如图1所示，本发明主要包括以下组成部分：

（1）标准流量计组：

标准流量计可以选择涡轮流量计、罗茨流量计和层流流量计，以适当的口径和流量测量范围集合成标准流量计组。也可以选择临界流文丘里喷嘴为标准流量计，不过采用这种方式功耗相对较大。

（2）被检流量计试验台：

试验台包括流量计前、后直管段，测温、测压装置和管道伸缩器。通过变径适用于不同类型、不同长度和口径的流量计。

（3）信号采集和控制系统：

基于labVIEW的信号采集系统，对温度、压力和流量变送器输出的模拟信号进行采集和处理。基于PLC和触摸屏结合的控制系统，可以通过变频器对风机、热交换和流量调节阀门进行控制。测控系统操作方便、稳定可靠、准确度高。

（4）气体循环动力系统：

为了降低能耗，装置的气体循环动力系统，在大流量（＞500m³/h）运转条件下使用高压离心风机；在小流量（1～500m³/h）运转条件下使用高压罗茨风机；热交换系统采用压缩机/冷媒循环降温装置（或水泵/冷却水循环系统）。

缓冲容器和热交换容器，一方面可以消除气流的脉动，另一方面可以平衡由于气体长时间循环流动所产生的温度升高。风机出口设有可调节回流管路，以使风机安全运行。

本发明的工作原理如图1所示：风机启动后，封闭管道系统内的气体依箭头所指方向循环流动，依次流经标准流量计和被检测流量计，通过比对两者的示值，计算被检测流量计的误差。

本发明进行气体流量计检测校准的具体操作流程如下：

1）将被检流量计固定密封安装在试验台上。

2）根据被检流量计的特性和要求，将高压气源的气体介质充入封闭的试验管路中至一定的压力，检测管路系统的密封性。

3）利用变频器选择设置适当的流量点和温度点，开启风机和热交换系统，使气流在管路系统中循环流动，待气流的压力、温度稳定后开始检测。

4）利用信号采集系统测量标准流量计处和被检流量计处的压力、温度和流量信号，通过相应的数据处理，按公式（1）计算得出被检流量计的示值误差δ。

$\mathrm{\δ}=\frac{Q_b-\mathrm{\Σ}{Q}_{\mathrm{mi}}}{\mathrm{\Σ}{Q}_{\mathrm{mi}}}\×100\%---\left(1\right)$

其中：

$Q_{\mathrm{mi}}=Q_{\mathrm{si}}\·\frac{P_{\mathrm{si}}}{P_{\mathrm{mi}}}\·\frac{T_{\mathrm{mi}}}{T_{\mathrm{si}}}$

式中：δ—被检流量计的示值误差；Q_b—被检流量计实际工况条件下的体积流量；∑Q_mi—各标准流量计体积流量总合；i—标准流量计个数。P_si、P_mi—标准流量计处和被检流量计处的绝对压力；T_si、T_mi—标准流量计处和被检流量计处的温度；Q_si—标准流量计体积流量读数值。

本发明适用于涡轮流量计、超声流量计、质量流量计等高压气体流量计在实际使用压力条件下的检定和校准。

Claims (6)

1.该气体流量标准装置，其特征在于：包括标准流量计组、被检流量计试验台、信号采集和控制系统、气体循环动力系统以及高压气源；其中，标准流量计组、被检流量计以及气体循环动力系统依次通过管路连通构成封闭回路；所述气体循环动力系统包括缓冲容器、热交换器以及适用于不同流量范围的两个高压风机，缓冲容器具有至少三个接口，第一接口用以接至高压气源充入高压气体，第二接口经管道伸缩器接至被检流量计的出口，第三接口通过进气直管接至第一高压风机的进气口，并由该进气直管引出支管接至第二高压风机的进气口，这两个高压风机的出气口分别对应接至热交换器的两个输入口，热交换器的主输出口经由标准流量计组接至被检流量计的入口，热交换器还设置有回流接口经回流管路接至所述进气直管；所述信号采集和控制系统在标准流量计组、被检流量计所在管路段分别设置有温度测量单元和压力测量单元，并对高压风机、热交换器和封闭回路中的各个流量调节阀门进行控制。

2.根据权利要求1所述的气体流量标准装置，其特征在于：所述标准流量计组采用不同口径以及流量测量范围的多个标准流量计集合组成，所述标准流量计选择涡轮流量计、罗茨流量计或层流流量计；或者选择一组临界流文丘里喷嘴作为标准流量计组。

3.根据权利要求1所述的气体流量标准装置，其特征在于：所述第一高压风机为高压离心风机，第二高压风机为高压罗茨风机。

4.根据权利要求1所述的气体流量标准装置，其特征在于：所述热交换器及其回流管路采用压缩机/冷媒循环降温装置，或者采用水泵/冷却水循环系统。

5.根据权利要求1所述的气体流量标准装置，其特征在于：信号采集和控制系统通过变频器对高压风机、热交换器和封闭回路中的各个流量调节阀门进行调节。

6.应用如权利要求1所述的气体流量标准装置，进行气体流量计检测校准的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将被检流量计固定密封安装在试验台上；

2）根据被检流量计的特性和要求，将高压气源的气体介质充入封闭回路中至一定的压力，检测并确保封闭回路的密封性；

3）利用变频器选择设置适当的流量点和温度点，开启高压风机和热交换器，使气流在管路系统中循环流动，待气流的压力、温度稳定后开始检测；

4）采集标准流量计处和被检流量计处的压力、温度和流量信号，通过相应的数据处理，计算得出被检流量计的示值误差。

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