CN103542915B - 一种气体小流量标准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体小流量标准装置。所述气体小流量标准装置包括顺次通过管路串接相连的稳压罐、质量流量控制器、被检流量计和储水容器；所述储水容器分别通过管路与至少一个标准量器相连；所述储水容器内设有气囊或隔膜；所述标准量器的底面高于储水容器的顶面；所述气囊或隔膜上装有检测气囊或隔膜内温度和压力的测温装置和测压装置。本发明结构简单，价格低廉，测量精度高，优于0.1%，重复性好。

Description

一种气体小流量标准装置

技术领域

本发明涉及一种气体小流量标准装置。

背景技术

气体小流量标准装置主要有皂膜流量标准装置、气体钟罩、PVTt法气体流量标准装置、m-t法质量流量标准装置、活塞法流量标准装置、标准表法气体流量装置和定容式气体微流量标准装置等等。

皂膜流量标准装置是传统的气体流量测量方法之一，机械皂膜测量精度一般低于0.5级，操作麻烦；电子皂膜可以达到或优于0.5级。根据皂膜管的大小不同，流量可以从几毫升每分钟到几立方米每分钟。该方法的优点是结构简单，投入少；缺点是没有温压补偿，精度低，仅适用于低压，易受外界干扰，大流量时，很难控制皂膜的质量。

气体钟罩主要用于膜式燃气表、玻璃转子流量计和湿式气体流量计的检定，用于微小流量测量时精度一般低于0.2级，重复性较差，易受环境影响。

PVTt法气体流量标准装置是我国最高气体流量标准，中国计量院的测量范围是0.1m³/h以上，测量扩展不确定度0.045%（k=2）。缺点是对温度、压力测量要求高，投资大；负压工作，不适用于质量流量计等压损大的流量仪表。

m-t法质量流量标准装置一般用于气体大流量的测量，中石油四川绵阳、南京天然气实流检定站各有一台这种装置，此外有些军工部门也建了m-t法装置。其优点是溯源简单，只与质量和时间有关，测量扩展不确定度可达0.05%（k=2）以上，最低流量一般为几立方米每小时。缺点是投资巨大，不适用于测量微小流量。

活塞法流量标准装置是国内外气体小流量测量研究的热点，有主动活塞和被动活塞二种方法，小流量活塞法测量扩展不确定度一般为0.2%（k=2）左右，中大流量可达0.05%（k=2）。国内主要有中国计量院和浙江省院在开展这方面的研究，取得了较好的成果。该方法加工精度要求很高，装置成本高。

定容式气体微流量标准装置一般用于真空漏孔的校准，真空漏孔是卫星、火箭、飞船、集成电路和计算机芯片生产设备等有密封性要求的设备进行检漏的关键仪器，流量非常小，校准范围一般为（10^-2—10^-11）Ｐa.m3/s,设备投资很大。

中国实用新型专利ZL201220269450.7公开了一种气体小流量标准装置，该装置包括顺次连接的空压机、稳压罐、减压阀、质量流量控制器和被检流量计，还包括储水容器和标准量器，所述储水容器的顶部设有管路与被检流量计相连，并在储水容器的底部设置管路连接到标准量器，且标准量器底面高于储水容器底面。该标准量器采用缩颈结构，量器可以达到二等标准金属容器的要求，然而由于被测气体与水直接接触，水很快蒸发变成水蒸汽进入被测气体中，所测压力包含了水蒸汽压，如果不准确测量湿度变化的影响，对测量精度影响较大，如同一台流量计同一个流量点20℃测量结果和30℃的测量结果可能相差约1%，难以满足高精度的测量要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种气体小流量标准装置，该装置结构简单，价格低廉，测量精度高，重复性好。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种气体小流量标准装置，包括顺次通过管路串接相连的稳压罐、质量流量控制器、被检流量计和储水容器；所述储水容器分别通过管路与至少一个标准量器相连；其结构特点是，通过管路与被检流量计相连的所述储水容器内设有气囊或用于分隔被测气体与水的隔膜；所述标准量器的底面高于储水容器的顶面；所述气囊或隔膜上装有检测气囊或隔膜内温度和压力的测温装置和测压装置。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

为了精确了解储水容器内液体的温度，所述储水容器中设有温度传感器。

所述储水容器与标准量器之间的设有液位传感器。

根据本发明的实施例，所述标准量器优选为两个标准金属量器。

为了方便调节储水容器内的压力，所述稳压罐与质量流量控制器之间的管路上装有调压阀。

优选地，所述液位传感器为液位玻璃管。

所述标准量器优选为缩颈结构。

所述储水容器上装有检测储水容器内水温的温度计。

优选地，所述测温装置为温度传感器；所述测压装置为压力传感器。

藉由上述结构，本发明所述的气体小流量标准装置优选包括顺次连接的稳压罐、调压阀、质量流量控制器和被检流量计，还包括储水容器和标准量器，所述储水容器设有管路与被检流量计相连，并在储水容器设置管路连接到标准量器，且标准量器底面高于储水容器顶部，储水容器内置气囊或者设置隔膜把被测气体和水分开，气囊或隔膜气体侧设温度、压力测量。

检测时，被测气体通过被检流量计后进入储水容器，瞬间湿度发生很大变化，例如26℃，高纯氮气相对湿度接近0，流进储水容器不要1分钟，湿度可以达到80%。也就是说，测量过程中被测气体的成分发生了变化，所测气体压力是被测气体和新增水蒸汽的压力之和。解决该问题的方案有两个：一是用湿度传感器测出被测气体湿度的变化；另一个是把被测气体与水隔离。准确测量湿度的变化有难度，同时增加了较大成本，本发明内置气囊或者设置隔膜把被测气体和水分开，解决了未解决的问题，大大提高了测量准确度。

与中国实用新型专利ZL201220269450.7相比，本发明的有益效果是：

（1）由于采用内置气囊或者设置隔膜把被测气体和水分开，使得装置的稳定性大大提高，不同环境条件检测稳定性优于0.1%，使本装置具备真实使用价值。

（2）本装置结构更合理，气囊或隔膜结构温度、压力测量更准确。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理图。

具体实施方式

一种气体小流量标准装置，如图1所示，包括顺次连接的稳压罐1、调压阀2、质量流量控制器3和被检流量计4，还包括储水容器5和标准量器6、7，所述储水容器5设有管路与被检流量计4相连；并在储水容器5设置管路连接到标准量器6、7，且标准量器6、7底面高于储水容器5的顶部；储水容器5内置气囊或者设置隔膜9把被测气体和水分开，气囊或隔膜气体侧设温度、压力测量计。

储水容器5中设有温度传感器，所述储水容器5与标准量器6、7之间的设有液位传感器8。

本发明具体的工作原理如图1所示：开启空压机，将稳压罐1压力提高至0.5MPa左右，经过减压稳压阀2调节压力为需要的压力，再经过质量流量控制器3调节流量到指定值。一定流量流体经过被检流量计4汇集到储水容器5顶部，将水压至液位测量机构8和标准容器6,7中，液位高度与储水容器5气囊内气体压力成正比，与标准量器6、7中水的容积有一一对应关系，而标准量器6、7中水的体积增加值与储水容器顶部的气体体积相等。因此流经被检表进入储水容器中气体的体积、温度、压力均已知，通气体状态方程即可计算出其质量，从而对被检表进这行校准，检测。

被检流量计检测的已知实验流量10.08SLM（标升/分钟，1atm，0℃为标准状态），气温25.40℃，即绝对温度T为298.55，水温25.61℃，时间t为34.635秒，通过标准量器测得气体的体积V为5.9169升，即0.0059169m³，气体压力P为110542Pa。

本发明在线检测的质量流量 其中M为空气分子量，R为气体常数。

比较在线检测的质量流量q_m与已知实验流量10.08SLM这两个值，就能判断流量计的准确与否。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种气体小流量标准装置，包括顺次通过管路串接相连的稳压罐（1）、质量流量控制器（3）、被检流量计（4）和储水容器（5）；所述储水容器（5）分别通过管路与至少一个标准量器（6、7）相连；其特征是，通过流入管路与被检流量计（4）相连的所述储水容器（5）内设有气囊或用于分隔被测气体与水的隔膜（9），所述气囊或用于分隔被测气体与水的隔膜（9）与流入管路相连；所述标准量器（6、7）的底面高于储水容器（5）的顶面；所述气囊或隔膜（9）上装有检测气囊或隔膜（9）内温度和压力的测温装置和测压装置。

2.根据权利要求1所述气体小流量标准装置，其特征是，所述储水容器（5）中设有温度传感器。

3.根据权利要求1所述气体小流量标准装置，其特征是，所述储水容器（5）与标准量器（6、7）之间的设有液位传感器（8）。

4.根据权利要求1或3所述气体小流量标准装置，其特征是，所述标准量器（6、7）为两个标准金属量器。

5.根据权利要求1所述气体小流量标准装置，其特征是，所述稳压罐（1）与质量流量控制器（3）之间的管路上装有调压阀（2）。

6.根据权利要求3所述气体小流量标准装置，其特征是，所述液位传感器（8）为液位玻璃管。

7.根据权利要求1或3所述气体小流量标准装置，其特征是，所述标准量器（6、7）为缩颈结构。

8.根据权利要求1所述气体小流量标准装置，其特征是，所述储水容器（5）上装有检测储水容器内水温的温度计。

9.根据权利要求1所述气体小流量标准装置，其特征是，所述测温装置为温度传感器；所述测压装置为压力传感器。