CN108917887A - 一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置及方法。将水浴夹层装在标准容器外侧，容器内沿轴向放置带螺旋导流板的转动轴，转动轴伸出标准容器外连接电机；水箱在标准容器外，通过管道与水浴夹层相连，通过水泵和水箱开关阀进行水浴夹层和水箱的水流动交换，温度传感器放置于水箱、水浴夹层、转动轴导流板顶部和标准容器外部。本发明通过水浴夹层和转动轴进行配合，使容器内的气体均匀分布，加快气体的换热速度，缩短检定时间。同时通过转动轴的动态控制，实现了用有限的温度传感器测量更多空间点的温度，提高准确度。同时通过监控温度数据，动态平衡水浴夹层的水温和环境温度，缩短两次检定的中间等待时间，提高工作效率。

Description

一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置及 方法

技术领域

本发明属于pVTt法气体流量标准装置计量检定领域，具体涉及一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置及方法。

背景技术

pVTt法气体流量标准装置是测量气体质量流量的一种高精度原级流量标准装置，其主要用途是用于检定临界流文丘里喷嘴以及其他高精度的流量计，作为原级流量标准装置的一种，具有准确度等级高的特点，是气体流量计检测领域的最高级别检定装置及设备。我国现有pVTt法气体流量标准装置可检流量范围最高可达2000m³/h，最低为0.001m³/h，但是国内该类装置数量不多，且而随着流量计量范围向着两极化方向发展，检定范围亟待扩展，此外诸多气动问题尚待研究解决。

现有的pVTt法气体流量标准装置中标准容器气体稳定主要有自然恒温、水浴恒温、风机恒温等方式。自然恒温方式存在着容器内温度梯度大，求取平均温度时，测量不确定较高的问题；水浴恒温方式在微小型pVTt法标准装置中可以较好应用，但在大型pVTt法标准装置中存在着占地面积大，不好维护的问题；风机恒温方式存在着风道不稳定，造成容器内气体紊乱，导致测量不确定度变大的问题。

发明内容

本发明一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置及方法，旨在有效的解决上述背景技术中提到的问题，使得pVTt法标准装置缩短检定时间，减小测量不确定度。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：方案包含硬件设备和控制模块两个部分，硬件部分包括水浴夹层、转动轴、电机、水箱、水泵、水箱开关阀、温度传感器。

如上所述的水浴夹层，安装在pVTt法标准容器外壁，夹层内部腔体厚度一般为标准容器半径的1/10左右，夹层中充满水，用来和容器内的气体进行快速换热，缩短气体稳定时间。

如上所述的水箱为封闭水箱，放置于标准容器外部，和水浴夹层连接，通过水泵控制水箱和水浴夹层里的水进行交换，通过开关阀控制开闭，实现水箱和水浴夹层的水交换。

如上所述的转动轴在标准容器内部沿轴向方向放置，轴上垂直装有片状导流板，沿转动轴呈螺旋状连续分布，转动轴和标准容器两端连接处用轴承连接，通过油液密封。

如上所述的电机为伺服电机，在标准容器外部与转动轴突出于标准容器的部分进行连接，控制转动轴转动，转动轴顺、逆时针均可转动。

如上所述的温度传感器为高精度温度传感器，要求响应时间快，例如铠装四线制PT100铂电阻温度传感器，在转动轴片状导流板顶部间隔装有若干温度传感器，并在水浴夹层内部、封闭水箱内部、标准容器外部均装有温度传感器。

如上所述的控制模块作为控制器，与电机、温度传感器、水泵和水箱开关阀相连，采集温度传感器的数据，根据设定的程序对电机、水泵和水箱开关阀进行相应控制。

本发明所涉及的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定方法，其具体步骤如下：

(1)pVTt法气体流量标准装置开始运行，进气结束之后，通过控制器控制伺服电机带动转动轴进行缓慢转动，在保证不会引起气体紊流的前提下，促进气体在标准容器内均匀分布，并配合水浴夹层与标准容器内气体进行快速换热，并且采集片状导流板上的温度传感器的数据，根据数据计算垂直于轴向的温度面的平均温度(例如取若干温度传感器数据的平均值)，通过控制转动轴的顺逆时针转动将温度较高的气体引导至温度较低的地方，以此达到容器内气体快速均匀的目的。

(2)当容器内温度传感器的温度达到稳定状态设计指标时，停止转动轴转动，采集温度数据，然后缓慢转动转动轴，转动轴转动带动其上的温度传感器能够采集到容器内其他空间位置的温度信息，在采集容器内其他空间点的温度数据之后，将数据汇总进行数据处理，例如取平均值，可以达到降低测量不确定度的目的。

(3)当标准装置运行结束后，水浴夹层里的水会比运行前略高，多次运行后，当水浴夹层中的水温与环境温度的差达到一定阈值时，再次运行标准装置时，气体稳定时间会出现较大幅度延长，因此根据实际情况设定温差阈值，当控制器接收的温度数据超过阈值时，控制水箱开关阀打开水箱，启动水泵交换水箱和水浴夹层中的水，降低水温至正常值。以此缩短两次检定活动的中间等待时间并避免检定时间延长，提高工作效率。

本发明的有益效果：

1、本发明所设计的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置及方法，能够加快标准装置标准容器的换热速度，保证标准装置标准容器内部气体快速稳定，达到缩短标准装置检定时间的目的；

2、通过加装水浴夹层减小了现有大型pVTt法标准装置散热装置的占地面积，配合带螺旋导流板的转动轴，有效的消除了温度梯度的现象，并使气体稳定过程动态可控；

3、实现了通过少量的温度传感器测量较多空间点温度的目的，减小了测量不确定度；

4、通过水箱和水浴夹层的水流交换保证了每次装置运行的气体快速稳定，提高了检定效率。

附图说明

图1为本发明所述的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置结构示意图。

图中：1、电机；2、水浴夹层；3、转动轴；4、水泵；5、水箱；6、水箱开关阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的工作人员更好的理解本发明中的技术方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本发明所涉及的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置结构示意图，装置中包含水浴夹层2、水箱5、水泵4、带螺旋导流板的转动轴3、电机1、水箱开关阀6、温度传感器。水浴夹层2装在标准容器外侧，两者之间紧密贴合，容器内沿轴向放置带螺旋导流板的转动轴3，转动轴3一端伸出标准容器外面连接伺服电机1，水箱5在标准容器外，通过管道与水浴夹层1相连通，通过水泵4进行水浴夹层和水箱的水流动，通过水箱开关阀6进行开关控制实现水流循环，温度传感器放置于水箱5内部、水浴夹层2内部、转动轴3导流板顶部和标准容器外部。

实施例1

(1)pVTt法气体流量标准装置开始运行，进气结束之后，通过控制器控制伺服电机1带动转动轴3进行缓慢转动。

(2)在不会引起气体紊流的前提下，促进气体在容器内均匀分布，并配合水浴夹层2与容器内气体进行快速换热。

(3)采集转动轴3片状导流板上的温度传感器数据，根据数据计算垂直于轴向的温度面的平均温度，通过电机1控制转动轴3的顺、逆时针转动将温度较高的气体引导至温度较低的地方，以此达到容器内气体快速均匀的目的。

(4)当标准容器内温度传感器的温度达到稳定状态设计指标时，停止转动轴3转动，采集温度数据，然后缓慢转动转动轴3，采集容器内其他空间点的温度数据(转动轴转动带动其上面的温度传感器在标准容器内的位置是变化的，所述的位置定位为空间点)，并将数据汇总进行数据处理，可以达到降低测量不确定度的目的。

本实施例使用水浴夹层和带螺旋导流板的转动轴进行配合，使容器内的气体均匀分布，加快的气体的换热速度，缩短了检定时间。同时通过转动轴的动态控制，实现了用有限的温度传感器测量到了更多的空间点温度数据，使温度测量更加准确可信，减小了温度测量的不确定度。

实施例2

(1)当标准装置运行结束后，根据实际情况设定温差阈值，通过控制器接收的水浴夹层2和标准容器外温度传感器数据，监控水浴夹层2中的温度数据是否超过设定的阈值；

(2)当温度数据超过阈值时，控制水箱开关阀6打开水箱，启动水泵4交换水箱和水浴夹层中的水，降低水温至正常值。

本实施例通过监控温度数据，动态平衡了水浴夹层中的水温和环境温度，缩短两次检定活动的中间等待时间并避免检定时间延长，提高工作效率。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置，其特征在于，包括：水浴夹层(2)、水箱(5)；所述水浴夹层(2)裹在所述pVTt法标准装置中标准容器的外壁上；所述水浴夹层(2)与所述水箱(5)能够在控制器的控制下自动连通，并且在连通时所述水浴夹层(2)中的液体与所述水箱(5)中的液体能够自动交换。

2.根据权利要求1所述的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置，其特征在于，还包括转动轴(3)和电机(1)；所述转动轴(3)位于所述pVTt法标准装置中标准容器内部，其沿标准容器轴向布置，其一端伸出标准容器外面、另一端与标准容器相链接；所述电机(1)与所述转动轴(3)伸出所述标准容器的一端相连，所述电机(1)在控制器的控制下转动或停止，在转动时能够带动所述转动轴(3)顺时针或逆时针转动；

所述转动轴(3)上设有片状导流板，所述片状导流板环绕转动轴呈螺旋状连续延伸布置，并且垂直于转动轴(3)。

3.根据权利要求2所述的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置，其特征在于，所述电机(1)为伺服电机；所述转动轴(3)与所述标准容器通过轴承连接，并且连接处油液密封。

4.根据权利要求1所述的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置，其特征在于，所述水浴夹层(2)与所述水箱(5)通过管路相连通，所述管路上设有水泵(4)、水箱开关阀(6)；所述水泵(4)与所述水箱开关阀(6)均在控制器的控制下工作，将水浴夹层(2)和水箱(5)的液体进行自动循环流动交换。

5.根据权利要求2所述的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置，其特征在于，还包括若干温度传感器；所述若干温度传感器分别设置在所述转动轴片状导流板的顶端、水浴夹层内部、水箱内部、标准容器外部，所述温度传感器用于采集温度信息并将温度信息传送给所述控制器。

6.根据权利要求5所述的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置，其特征在于，所述水浴夹层(2)内部腔体厚度为标准容器半径的1/10左右；所述温度传感器采用铠装四线制PT100铂电阻温度传感器。

7.根据权利要求1所述的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定装置，其特征在于，所述水箱(5)、所述水浴夹层(2)中的液体为比热容大、流体粘度小的牛顿流体，优选为水。

8.一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定方法，其特征在于，包括如下：

pVTt法气体流量标准装置开始运行，进气结束之后，通过控制器控制伺服电机(1)带动转动轴(3)进行缓慢转动，在不会引起气体紊流的前提下，使得气体在标准容器内均匀分布，配合水浴夹层(2)与标准容器内气体进行快速换热，并且采集片状导流板上的温度传感器的数据，根据数据计算垂直于转动轴方向的温度面的平均温度，通过控制转动轴(3)的顺、逆时针转动将温度较高的气体引导至温度较低的地方，实现容器内的气体快速均匀；

当容器内温度传感器的温度达到稳定状态设计指标时，停止转动轴(3)转动，采集温度数据，然后缓慢转动转动轴，采集容器内其他空间点的温度数据，并将数据汇总进行数据处理，以达到降低测量不确定度的目的。

9.根据权利要求8所述的一种大型pVTt法标准装置温度场加速换热与快速稳定方法，其特征在于，还包括：根据实际情况设定温差阈值，通过控制器接收的水浴夹层(2)和标准容器外部的温度传感器数据，监控水浴夹层(2)中的温度数据是否超过设定的阈值；当控制器接受到的温度数据超过阈值时，控制水箱开关阀(6)打开水箱(5)，启动水泵(4)交换水箱(5)和水浴夹层(2)中的水，降低水浴夹层(2)的水温。