CN103900665A

CN103900665A - 容器组合及换向阀式pVTt法气体流量装置

Info

Publication number: CN103900665A
Application number: CN201410113179.1A
Authority: CN
Inventors: 龚中字; 陈风华; 龚磊; 吴明清; 李霞; 江宁
Original assignee: Chongqing Academy of Metrology and Quality Inspection
Current assignee: Chongqing Academy of Metrology and Quality Inspection
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: CN103900665B

Abstract

本发明公开了一种容器组合及换向阀式pVTt法气体流量装置，包括标准容器、缓冲容器、智能采集系统、控制系统、前汇管和后汇管；标准容器上设有进口端阀门、组合选择用阀门和出口端阀门；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；后汇管的出气口分别与连接管和旁通管的一端连接，连接管的另一端与出口端阀门连接；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、被检仪表安装口处以及试验管道、前汇管和后汇管内的压力和温度以及充气时间。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

容器组合及换向阀式pVTt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，尤其涉及一种容器组合及换向阀式pVTt法气体流量装置。

背景技术

pVTt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pVTt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pVTt法气体流量检测装置应用和推广。pVTt法气体流量装置尚存在以下问题：（1）标准容器都为一个；（2）标准容器容积较小，最大流量值较小；（3）可检定流量范围度不宽且规定为某一范围；（4）每台装置只有一个量程比和流量范围，不可组合；（4）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；（5）因pVTt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；（6）pVTt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容器组合及换向阀式pVTt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：

容器组合及换向阀式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；

标准容器为两个或两个以上，每个标准容器上均设有进口端阀门、组合选择用阀门和出口端阀门；各个进口端阀门的出口与对应的标准容器内连通，各个进口端阀门的进口作为被检仪表安装口Ⅰ；各个组合选择用阀门的一端与对应的标准容器内连通，各个组合选择用阀门的另一端相互连通；各个出口端阀门的一端与对应的标准容器内连通；每个标准容器通过阀门Ⅰ与缓冲容器的进气口连通，缓冲容器与真空泵连接；

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_j#；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_j#的一端连接，阀门K_j#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各个出口端阀门的另一端连接；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K_F；

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进口端阀门、组合选择用阀门、出口端阀门、阀门Ⅰ、阀门K_F、阀门K_m和阀门K_j#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pVTt测量原理，在现有pVTt法气体流量检测装置设计的基础上：(1)采用多个标准容器单独或任意组合成不同标准容器V，实现1~（2ⁿ-1）(n为容器个数)个测量范围的组合；(2)增加音速喷嘴组作压力场隔离和流量设定；(3)增加换向阀、旁通管及控制系统；(4)增加试验管道，检测不同口径的流量仪表。研制一套容积组合及换向阀式pVTt法气体流量装置，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。

2、本装置基于pVTt法和“换向阀”动态检测原理，装置中标准容器由n个容器组成，采用音速喷嘴组件进行压力场隔离和流量调节和设定，使装置既可作为2ⁿ-1套pVTt法气体流量检测装置，又可作为音速喷嘴气体流量检测装置使用，即一套装置具有2ⁿ套装置的技术特性。在检测过程中，使用“换向阀”控制气体流实现pVTt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：pVTt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、本流量装置相当于2ⁿ-1套pVTt法，同时也可单独作为一套相应流量范围的音速喷嘴并联法气体流量装置使用，占地面积较少，成本较低，流量范围可组合，试验流量可调解和设定，可检测各种气体流量仪表，将有助于pVTt法装置的推广和应用。

附图说明

图1为容器组合及换向阀式pVTt法气体流量装置（负压）原理图；

图2为容器组合及换向阀式20m³pVTt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为容器组合及换向阀式pVTt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。

标准容器为两个或两个以上，每个标准容器上均设有进口端阀门、组合选择用阀门和出口端阀门。各个进口端阀门的出口与对应的标准容器内连通，各个进口端阀门的进口作为被检仪表安装口Ⅰ。各个组合选择用阀门的一端与对应的标准容器内连通，各个组合选择用阀门的另一端相互连通。各个出口端阀门的一端与对应的标准容器内连通，每个标准容器通过阀门Ⅰ与缓冲容器的进气口连通，缓冲容器和真空泵连接，在缓冲容器和真空泵连接的管路上安装阀门Ⅱ。

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_j#。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_j#的一端连接，阀门K_j#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，连接管的另一端与各个出口端阀门的另一端连接；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K_F。

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RH等并运算处理得到检测结果。控制系统用于控制进口端阀门、组合选择用阀门、出口端阀门、阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门K_F、阀门K_m和阀门K_j#的开关、真空泵的启停以及喷嘴的选择。

对图1的说明：

1、标准容积V由V₁~V_n的n个标准容积，共有2ⁿ-1种组合，组成最大容积为V=（V₁+ V₂+……V_n）的标准容器组，控制K_1,1/K_1,2～K_n,1/K_n,2实现标准容器的独立使用和组合使用。音速喷嘴作压力场隔离，流量控制和设置，K_1,2～K_n,2和旁通阀K_F组成换向阀组，增加各种口径试验管道检测各种口径、型号规格的流量计。由控制系统自动控制进气管道阀门和旁通管道阀门实现“n位一通换向阀”功能，利用“换向阀”工作原理实现在pVTt法气体流量装置动态检测流量计特别是高准确度的标准表。

2、K₁～K_m为被检流量计选择阀门。K_1,0～K_n,0打开，K_1,1～K_n,1及K_1,2～K_n,2关闭，实现以静态检测方式检测临界流流量计（如喷嘴）。K_1,1～K_n,1及K_1,2～K_n,2打开，K_1,0～K_n,0关闭，以喷嘴作压力场隔离，流量控制和设定，采用静态或动态检测方式检测各种型号规格的被检流量计。

3、Z₁～Z_j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_j#为高真空阀门，控制这些阀门的开关可控制和设定流量。采用音速喷嘴作为标准容器内压力场与被检仪表处压力场的隔离器，使被检仪表处压力不会受标准容器内压力变化而突变，保护被检仪表不会因压力突变和流量突变而破坏。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、K_1,2～K_n,2、K_F组成“n位一通换向阀”。K_1,0～K_n,0常关时：气体流经被检表、选择喷嘴Z_i、后汇管后，当K_1,2～K_n,2关闭，旁通阀K_F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；根据检测流量大小组合V₁～V_n标准容器并控制相应K_1,2～K_n,2开关，关闭旁通阀K_F向选中标准容器内充气。

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、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。

该装置由组合式标准容器组，“n位一通换向阀”、前后汇管、喷嘴组件及其切换管道、流量仪表检测管道、工作气源、采集系统、控制系统等组成。工作气源可有真空泵、空压机等产生，也可来接至外来的真空气源或高压气源。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。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。

图2为容器组合及换向阀式20m³pVTt法气体流量装置（负压）原理图，该装置由10m³标准容器、20m³标准容器、连接管道及阀门等组成，可检测最大流量达3000 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流量计。

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，14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……2048 m³/h，可调节流量范围（0.5～4096）m³/h。

装置每个容器入口均安装有DN400的高真空挡板阀，两个容器间另使用DN80管道连接，以高真空挡板阀控制连接通断。两个容器的抽气/放气口均安装有DN400高真空挡板阀，连接到真空泵的气源主管道上。使用10m³标准容器时，以20m³标准容器作为缓冲容器，由K_1，2及K_F组成换向阀门组；使用20m³标准容器时，以10m³标准容器作为缓冲容器由K_2,2及K_F组成换向阀门组。使用30m³标准容器时，开启真空泵，打开10m³标准容器与20m³标准容器之间的DN80高真空挡板阀K_1,1、K_2,1，由K_1,2、K_2,2及K_F组成换向阀门组。

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10m³容器内、20m³容器内、仪表处压力，使用3个16位高精度A/D模块将电压信号转换成数字信号；使用30只pt100温度传感器测量10m³容器内的平均温度，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27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

1.容器组合及换向阀式pVTt法气体流量装置，其特征在于：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；

2.根据权利要求1所述的容器组合及换向阀式pVTt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。