CN103837215B - 换向阀式p.V.T.t法气体流量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换向阀式pVTt法气体流量装置，包括标准容器、缓冲容器、真空泵、智能采集系统、控制系统、前汇管和后汇管；前汇管上设有试验管道；前汇管和后汇管之间设有喷嘴装夹段，喷嘴装夹段包括喷嘴、过渡管道和阀门；后汇管的出气口分别与连接管和旁通管的一端连接，连接管的另一端与标准容器连接，旁通管的另一端与缓冲容器的进气口连通；智能采集系统采集充气前后标准容器内、被检仪表安装口Ⅰ处以及试验管道、前汇管和后汇管内的压力p和温度T以及充气时间t。该装置实现既能静态法检测临界流流量计，又能动态法检测各种气体流量计，特别是高准确度的标准表。

Description

换向阀式 p.V.T.t 法气体流量装置

技术领域

本发明涉及一种气体流量检测装置，尤其涉及一种换向阀式p.V.T.t法气体流量装置。

背景技术

p.V.T.t法气体流量检测装置是一种应用广泛的原始级气体流量标准计量装置及设备，其准确度等级高，测量不确定度U可达0.07%或更高，通常作为次级标准使用的文丘里喷嘴、音速喷嘴等临界流流量计的量值溯源的原级标准装置及设备。

目前，试验压力无论是正压还是负压的p.V.T.t法气体流量装置，检测时要求充气前后标准容器内压力与被测仪表处压力之比不得大于临界压力比γ_*，该γ_*值与试验介质、压力、被检临界流气体流量计的结构等有关，通常γ_*取0.528~0.85之间，这也就限制了现行p.V.T.t法气体流量检测装置应用和推广。p.V.T.t法气体流量装置尚存在以下问题：（1）只能用于检测临界流流量计的计量特性，不能检测其它流量计如标准表等；（2）因p.V.T.t法气体流量装置进气时试验管道的流量随标准容器内压力变化而变化，不能控制或设定检测流量；（3）p.V.T.t法气体流量装置只能采用静态法检测流量仪表，即检测开始时流量计流量从零增加到设定检测流量值，停止时流量计流量从设定检测流量值减小到零，在检测除临界流流量计以外的流量计会引起检测误差较大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种实现既能静态法检测临界流流量计，又能动态法检测各种气体流量计，特别是高准确度标准表的换向阀式p.V.T.t法气体流量装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

换向阀式p.V.T.t法气体流量装置，包括标准容器、缓冲容器、真空泵、智能采集系统、控制系统、前汇管和后汇管；所述标准容器上设有阀门K₁和阀门Ⅰ，所述阀门Ⅰ通过管路与缓冲容器的进气口连接，所述缓冲容器的出气口与真空泵连接，阀门K₁的出口与标准容器内连通，阀门K₁的进口作为被检仪表安装口Ⅰ；

所述前汇管上设有至少一支试验管道，所述试验管道上从靠近前汇管到远离前汇管依次设置阀门K_m和被检仪表安装口Ⅱ；所述前汇管和后汇管之间设有至少一支喷嘴装夹段，所述喷嘴装夹段包括喷嘴、过渡管道和阀门K_n#, n为不小于1的自然数；所述喷嘴的一端与前汇管内连通，所述喷嘴的另一端与过渡管道的一端连接，所述过渡管道的另一端与阀门K_n#的一端连接，阀门K_n#的另一端与后汇管内连通；

所述后汇管的出气口分别与连接管和旁通管的一端连接，所述连接管的另一端与标准容器连接，所述连接管上安装阀门K₂；所述旁通管的另一端与缓冲容器的进气口连通，所述旁通管上安装阀门K₃；

所述智能采集系统包括设置在标准容器上、被检仪表安装口Ⅰ处、试验管道上、前汇管上和后汇管上的压力传感器和温度传感器，所述试验管道上的压力传感器和温度传感器设置在被检仪表安装口Ⅱ的进气前侧；智能采集系统用于实时采集充气前后标准容器内、被检仪表安装口Ⅰ处以及试验管道、前汇管和后汇管内的压力p和温度T以及充气时间t;

所述控制系统用于控制阀门K₁、阀门K₂、阀门K₃、阀门Ⅰ、阀门K_m和阀门K_n#的开关、真空泵的启停以及喷嘴的选择。

作为本发明的一种优选方案，所述缓冲容器和真空泵连接的管路上安装阀门Ⅱ，所述控制系统还用于控制阀门Ⅱ。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、提出基于p.V.T.t测量原理，在现有p.V.T.t法气体流量检测装置设计的基础上：(1) 增加音速喷嘴组作压力场隔离和流量设定；（2）增加换向阀、旁通管及控制系统；(3)增加试验管道，检测不同口径的流量仪表。该装置实现既能静态法检测临界流流量计，又能动态法检测各种气体流量计，特别是高准确度的标准表。该流量装置不仅是一套p.V.T.t法，同时也可作为一套相应流量范围的音速喷嘴并联法气体流量装置。

2、该装置在检测过程中，使用“换向阀”控制气体流实现p.V.T.t法装置能动态检测气体流量仪表特别是标准表。本装置测量中：p.V.T.t法装置的测量不确定度可达U=0.065%，k=2，可检测0.2级及以下的临界流流量计（含音速喷嘴）和其它各种气体流量仪表；音速喷嘴气体流量检测装置的测量不确定度可达U=0.25%，k=2，可以检测1级及以下的各种气体流量仪表。

3、该装置即可作p.V.T.t法流量检测装置，也可作为音速喷嘴并联法流量装置使用。成本低，占地面积较少，检测效率高。

3、本发明也可对现有单个标准容积的p.V.T.t气体流量检测装置的改造和提升检测能力将起到积极的指导作用。

附图说明

图1为换向阀式p.V.T.t法气体流量装置（负压）原理图；

图2为换向阀式20m³p.V.T.t法气体流量装置（负压）原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

图1为换向阀式p.V.T.t法气体流量装置（负压）原理图，包括标准容器、缓冲容器、真空泵、智能采集系统、控制系统、前汇管和后汇管。标准容器上设有阀门K₁和阀门Ⅰ，阀门Ⅰ通过管路与缓冲容器的进气口连接，缓冲容器的出气口与真空泵连接，缓冲容器和真空泵连接的管路上安装阀门Ⅱ。阀门K₁的出口与标准容器内连通，阀门K₁的进口作为被检仪表安装口Ⅰ。

前汇管上设有至少一支试验管道，试验管道上从靠近前汇管到远离前汇管依次设置阀门K_m和被检仪表安装口Ⅱ。前汇管和后汇管之间设有至少一支喷嘴装夹段，喷嘴装夹段包括喷嘴、过渡管道和阀门K_n#(n为不小于1的自然数)。喷嘴的一端与前汇管内连通，喷嘴的另一端与过渡管道的一端连接，过渡管道的另一端与阀门K_n#的一端连接，阀门K_n#的另一端与后汇管内连通。后汇管的出气口分别与连接管和旁通管的一端连接，连接管的另一端与标准容器连接，连接管上安装阀门K₂。旁通管的另一端与缓冲容器的进气口连通，旁通管上安装阀门K₃。

智能采集系统包括设置在标准容器上、被检仪表安装口Ⅰ处、试验管道上、前汇管上和后汇管上的压力传感器和温度传感器，试验管道上的压力传感器和温度传感器设置在被检仪表安装口Ⅱ的进气前侧。智能采集系统用于实时采集充气前后标准容器内、被检仪表安装口Ⅰ处以及试验管道、前汇管和后汇管内的压力p和温度T以及充气时间t、湿度等并运算处理得到检测结果。控制系统用于控制阀门K₁、阀门K₂、阀门K₃、阀门Ⅰ、阀门K_m和阀门K_n#的开关、真空泵的启停以及喷嘴的选择。

对图1的说明：

1、图中虚线右边部分为本发明增加的部分：增加音速喷嘴作压力场隔离和设定，增加阀门K₂、阀门K₃组成换向阀，增加各种口径试验管道检测各种口径、型号规格的流量计。在标准容器上增加一条进气管道（即连接管）及阀门K₂并与后汇管和旁通管相连，旁通管安装阀门K₃并与缓冲容器相连；由控制系统自动控制进气管道上的阀门K₂和旁通管上的阀门K₃实现“二位一通换向阀”功能。

2、K₁～K_m为被检流量计选择阀门。K₁打开K₂关闭，实现目前以静态检测方式检测临界流流量计（如喷嘴）。K₂打开K₁关闭，以喷嘴作压力场隔离和流量控制和设定，采用静态和动态检测方式检测各种型号规格的被检流量计。

3、Z₁～Z_n为不同开孔直径d及流量的音速喷嘴，这些喷嘴将标准容器内压力场与被检仪表处压力场隔离；K₁#～K_n#为高真空阀门，控制这些阀门的开关可控制和设定流量。音速喷嘴能在临界压力比以内能有效地将标准容器内压力场与被检仪表处压力场进行隔离，使被检仪表处压力不会突变，保护被检仪表不会因压力突变和流量突变被破坏。在标准容器上游使用音速喷嘴组和相应口径阀门组进行流量控制、调节、设定。音速喷嘴标准状态下体积流量为0.5 m³/h、1 m³/h、2 m³/h……2^(m-1) m³/h（m为喷嘴个数），保证在最大流量为2^m m³/h范围以内检测流量均可调节，流量调节的灵敏度为最小喷嘴的状态流量。音速喷嘴组前后均设置大汇管，以便测量喷嘴使用时滞止压力和温度。在前汇管处根据流量大小、检测仪表口径等增设相应试验管段。

4、K₂、K₃组成换向阀。K₁常关时：气体流经被检表、选择喷嘴Z_n、后汇管后，当K₂关闭，K₃打开，气体经旁通管进入缓冲容器，缓冲容器内的气体并被真空泵抽走；当K₃关闭，K₂打开时，向标准容器内充气。

5、p、T、t分别为压力、温度和时间测量；↓、↑、←为气体流向。

6、缓冲容器可根据装置流量大小由一个或多个压力容器组成。

7、控制系统用于控制阀门开关、喷嘴选择、真空泵启停等。

8、智能采集系统用于实时采集充气前后标准容器内和被检仪表的安装口处的压力和温度以及充气时间、湿度等并运算处理得到检测结果。

图1中虚线左边为现有p.V.T.t法流量检测装置的标准容器，工作气源、采集系统和控制系统。工作气源可有真空泵、空压机等产生，也可接至外来的真空气源或高压气源。虚线右边为增加结构：1、根据需要，设计不同口径的试验管道并安装在前汇管前；每根试验管道由前后直管段、阀门、压力温度取压接口等组成，被检流量仪表安装在前后直管段之间。2、前汇管与后汇管之间，根据装置流量范围和流量设定灵敏度决定喷嘴安装数量n并安装n个喷嘴装夹段；每个喷嘴装夹段由喷嘴、过渡段、阀门等组成；前汇管与后汇管均安装压力温度取压接口；控制喷嘴装夹段中阀门可控制和设定流量。3、后汇管与连接管和旁通管相连。4、连接管与标准容器之间安装阀门，旁通管与缓冲容器之间安装阀门；这两个阀门由控制系统自动控制实现“二位一通”换向阀功能。

图2为换向阀式20m³p.V.T.t法气体流量装置（负压）原理图，该装置可检测最大流量达2000 m³/h的0.2级临界流流量计（含音速喷嘴）和其它各种气体流量仪表特别是标准表。

该装置标准容器上游使用音速喷嘴组进行流量稳定及调节，喷嘴组上下游均设计有DN400汇管，每个喷嘴后均安装有高真空挡板阀，13个音速喷嘴标准状态下体积流量分别为0.5 m³/h、1 m³/h、2 m³/h……1024 m³/h，可调节流量范围（0.5～2048）m³/h。

装置中：20m³标准容器每个出入口及喷嘴切换阀均选用高真空挡板阀，确保阀门无内漏和外漏。

在图2中：关闭K₂、K₃，打开K₁，可作为传统的p.V.T.t法流量检测装置使用，检测临界流流量计（含音速喷嘴）。关闭K₁，控制K₂、K₃及喷嘴后阀门组，可利用p.V.T.t法流量检测装置检测高准确度的标准表。关闭K₁、K₂，打开K₃，控制喷嘴后阀门组，可作为音速喷嘴气体流量检测装置使用，检测常规的各种气体流量仪表。

装置共使用3支0.04级的罗斯蒙特绝对压力变送器分别测量20m³容器内、后汇管、仪表处压力，使用3个20位高精度A/D模块将电压信号转换成数字信号；使用50只pt100温度传感器测量20m³容器内的平均温度，1只pt100温度传感器测量仪表处温度，使用24个3通道的8017温度模块将电阻值转换成温度数字信号，使用2个8520通讯模块将数字信号与计算机串口通信反馈给控制程序。装置使用PCX8354卡作为控制板卡，采集/控制仪表脉冲信号、阀门启停信号、时间。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1. 换向阀式p.V.T.t法气体流量装置，包括标准容器、缓冲容器、真空泵、智能采集系统和控制系统；所述标准容器上设有阀门K₁和阀门Ⅰ，所述阀门Ⅰ通过管路与缓冲容器的进气口连接，所述缓冲容器的出气口与真空泵连接，阀门K₁的出口与标准容器内连通，阀门K₁的进口作为被检仪表安装口Ⅰ；其特征在于：还包括前汇管和后汇管；

所述前汇管上设有至少一支试验管道，所述试验管道上从靠近前汇管到远离前汇管依次设置阀门K_m和被检仪表安装口Ⅱ；所述前汇管和后汇管之间设有至少一支喷嘴装夹段，所述喷嘴装夹段包括喷嘴、过渡管道和阀门K_n#，n为不小于1的自然数；所述喷嘴的一端与前汇管内连通，所述喷嘴的另一端与过渡管道的一端连接，所述过渡管道的另一端与阀门K_n#的一端连接，阀门K_n#的另一端与后汇管内连通；

所述后汇管的出气口分别与连接管和旁通管的一端连接，所述连接管的另一端与标准容器连接，所述连接管上安装阀门K₂；所述旁通管的另一端与缓冲容器的进气口连通，所述旁通管上安装阀门K₃；

所述智能采集系统包括设置在标准容器上、被检仪表安装口Ⅰ处、试验管道上、前汇管上和后汇管上的压力传感器和温度传感器，所述试验管道上的压力传感器和温度传感器设置在被检仪表安装口Ⅱ的进气前侧；智能采集系统用于实时采集充气前后标准容器内、被检仪表安装口Ⅰ处以及试验管道、前汇管和后汇管内的压力p和温度T以及充气时间t;

所述控制系统用于控制阀门K₁、阀门K₂、阀门K₃、阀门Ⅰ、阀门K_m和阀门K_n#的开关、真空泵的启停以及喷嘴的选择。

2. 根据权利要求1所述的换向阀式p.V.T.t法气体流量装置，其特征在于：所述缓冲容器和真空泵连接的管路上安装阀门Ⅱ，所述控制系统还用于控制阀门Ⅱ的开关。