CN110160609B - 一种双标准气体流量装置并联式结构及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双气体流量标准装置并联式结构及检测方法，涉及测量技术领域。气源连接被检流量计，被检流量计通过三通分别连接钟罩和标准气体流量计；通过脉冲计算钟罩、标准气体流量计、被检流量计的气体累积量，将钟罩、标准气体流量计的气体累积量转换成被检流量计压力和温度状态下的气体累积量并相加得到标准气量值，与被检流量计的气体累积量计算得到被检流量计值误差。本发明解决了现有技术中标准器使用仅采用“单一类型”标准器值、流量范围不能扩充、压力损失大的技术问题。本发明有益效果为：同一套装置上实现不同检测方法，同时应用在运算过程中；流量范围大、压力损失小。用装置本身对标准气体流量计单点在线校准，消除了安装误差。

Description

一种双标准气体流量装置并联式结构及检测方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种并联式双标准气体流量装置的连接结构及对气体流量计检测的方法。

背景技术

气体流量标准装置，是用于检定或校准各类气体流量计的。按原理可分为：音速喷嘴气体流量标准装置、钟罩式气体流量标准装置、标准表法气体流量标准装置。所用的标准器分别是音速喷嘴、钟罩、标准气体流量计，即这几类气体流量标准装置都使用“单一类型”的标准器。行业内也有一些使用“组合类型”标准器的气体流量标准装置出现，例如音速喷嘴加标准表法装置；或者是钟罩加标准表法装置。这类装置通过不同类型标准器的组合应用，能在同一套装置上实现不同的检测方法。这些不同类型标准器为串联使用，工作时气流依次流过被检表、标准气体流量计、音速喷嘴或钟罩(由于装置结构不同，气流依次流过的部件次序可能不同)，使用其中一种标准器检测法时，对应的标准器提供标准值，而其它类型标准器虽然有气流通过，但一般不参与检测运算过程，因此这种结构可称为“串联式组合类型”标准器结构。中国专利申请公布号CN105241526A，申请公布日2016年1月13日，名称为“一种并联式气体流量计检测装置”的发明专利申请文件，公开了另外一种结构。包括压缩风箱，气泵，气泵连接至压缩风箱出气口，并与三通电磁阀相连，三通电磁阀分别与标准气体流量计和待测气体流量计相连，最后流入压缩风箱内，压缩风箱、气泵、三通电磁阀、标准气体流量计和待测气体流量计均采用管路相连，形成气体回路，标准气体流量计和待测气体流量计形成并联。该结构实际上仍然为“单一类型”标准器的气体流量标准装置，只不过检测时采用了标准器与被检器并联的方式，依靠三通电磁阀选择气路。检测分两次完成，旨在两次检测时形成同样温度、压力、流量的气流，从而实现检测被检流量计的目的。然而由于气源稳定性及气路阻力不同，很难控制两次检测时的管路气流状态完全一样，实际上该方法较难实现。

发明内容

为了解决现有技术中“单一类型”标准器或“串联式组合类型”标准器使用时仅采用“单一类型”标准器值、流量范围不能扩充、压力损失较大的技术问题，本发明提供一种双标准气体流量装置并联式结构及检测方法，实现“并联式组合类型”标准器的同时使用、丰富检测手段、扩充流量范围、减小压力损失的目的。

本发明的技术方案是：一种双标准气体流量装置并联式结构：它包括：气源、三通，气源通过截止阀连接有被检流量计，被检流量计通过流量调节阀与三通的输入口连通，三通的第一输出口通过开关阀Ⅰ连接有钟罩，三通的第二输出口通过开关阀Ⅱ连接有标准气体流量计，标准气体流量计连接有气阻/流量调节阀，气阻/流量调节阀)与大气连通。

作为优选，截止阀与被检流量计的连接管路上分别连接有压力传感器p3和温度传感器t3；钟罩与开关阀Ⅰ的连接管路上分别连接有压力传感器p1和温度传感器t1；开关阀Ⅱ与标准气体流量计的连接管路上分别连接有压力传感器p2和温度传感器t2。

一种双标准气体流量装置并联式检测方法，钟罩降到一定高度，气源与被检流量计连通，流量调节阀调节到目标流量点，系统稳定后，开始检测计时，检测时间内，记录钟罩、标准气体流量计、被检流量计的脉冲：N1、N2、N3；被检流量计表前压力P3、温度T3；钟罩压力P1、温度T1；标准气体流量计压力P2、温度T2；通过脉冲计算钟罩、标准气体流量计、被检流量计的气体累积量Q1、Q2、Q3，将钟罩、标准气体流量计的气体累积量Q1、Q2转换成被检流量计压力和温度状态下的气体累积量Q13、Q23，并相加得到标准气量值Q，通过标准气量值Q与被检流量计的气体累积量Q3计算，得到被检流量计值误差E。

作为优选，被检流量计的检测流量点为中、小流量时，也可以单独选用钟罩或标准气体流量计进行检测。

作为优选，钟罩升至某高度，关闭截止阀，打开开关阀Ⅰ与开关阀Ⅱ，调节气阻/流量调节阀至校准流量点，对标准气体流量计单点在线校准，得出单点修正系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：不仅能在同一套装置上实现不同的检测方法，还能将不同的检测方法同时应用在运算过程中；相较于应用“单一类型”标准器结构或“串联式组合类型”标准器结构的装置，流量范围更大；试验、比对方法更丰富；压力损失更小，节约能源。另外，还可以利用装置本身实现标准气体流量计的单点在线校准，消除了传统方法中标准气体流量计单点离线校准前后自身安装因素的影响。

附图说明

附图1为本发明装置连接示意图。

图中：1-气源；2-截止阀；3-被检流量计；4-流量调节阀；5-钟罩；6-开关阀Ⅰ；7-三通；8-开关阀Ⅱ；9-标准气体流量计；10-气阻/流量调节阀；51-放气阀。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1所示，一种双标准气体流量装置并联式结构：它包括：气源1、截止阀2、被检流量计3、流量调节阀4、钟罩5、开关阀Ⅰ6、三通7、开关阀Ⅱ8、标准气体流量计9、气阻/流量调节阀10。气源1通过截止阀2与被检流量计3连接。截止阀2的输出口与被检流量计3的输入口的连接管上分别连接有压力传感器p3和温度传感器t3。被检流量计3通过流量调节阀4与三通7的输入口连通。被检流量计3的输出口与流量调节阀4的输入口连通。流量调节阀4的输出口与三通7的输入口连通。三通7的第一输出口通过开关阀Ⅰ6连接有钟罩5。三通7的第一输出口与开关阀Ⅰ6的输入口连通。开关阀Ⅰ6的输出口与钟罩5的输入口连通。钟罩5与开关阀Ⅰ6的连接管路上分别连接有压力传感器p1和温度传感器t1。钟罩5连接有放气阀51。三通7的第二输出口通过开关阀Ⅱ8连接有标准气体流量计9。三通7的第二输出口与开关阀Ⅱ8的输入口连通。开关阀Ⅱ8的输出口与标准气体流量计9的输入口连通。开关阀Ⅱ8与标准气体流量计9的连接管路上分别连接有压力传感器p2和温度传感器t2。标准气体流量计9的输出口与气阻/流量调节阀10输入口连通。气阻/流量调节阀10输出口与大气连通。气阻/流量调节阀10的作用为：正常检测时调整标准流量计支路的气阻，确保被检流量计前保持一定压力；校准时作为标准流量计校准流量点调节。

一种双标准气体流量装置并联式检测方法。通过放气阀51放气，将钟罩5降到一定高度，稳定。将气阻/流量调节阀10调整至某一开度，确保标准流量计输入口前保持一定压力。打开截止阀2，气源1与被检流量计3连通。缓慢打开开关阀Ⅰ6与开关阀Ⅱ8，同时通过流量调节阀4调节到目标流量点。

检测过程：等待系统稳定5s后，开始检测计时。检测时间内，记录钟罩5、标准气体流量计9、被检流量计3的脉冲，分别为：N1、N2、N3。读取压力传感器p3和温度传感器t3数值，为被检流量计3表前压力P3、温度T3；读取压力传感器p1和温度传感器t1数值，为钟罩5压力P1、温度T1；读取压力传感器p2和温度传感器t2数值，为标准气体流量计9压力P2、温度T2。本次检测完成后，停止检测计时，关闭截止阀2、开关阀Ⅰ6、开关阀Ⅱ8。

设定钟罩5、标准气体流量计9、被检流量计3的气体累积量为：Q1、Q2、Q3。通过脉冲计算钟罩5、标准气体流量计9、被检流量计3的气体累积量Q1、Q2、Q3。计算公式为：

其中：K1、K2、K3分别为钟罩5、标准气体流量计9、被检流量计3的脉冲系数。

将钟罩5、标准气体流量计9的气体累积量Q1、Q2转换成被检流量计3压力和温度状态下的气体累积量Q13、Q23：

由气体方程式

得到：

同理得到：

将Q13、Q23相加得到标准气量值Q。通过标准气量值Q与被检流量计3的气体累积量Q3计算得到被检流量计3值误差E：

如果，被检流量计3的检测流量点为中、小流量时，例如流量点小于钟罩5或标准气体流量计9的最大流量。仍然能够按照以上方法检测。也可以使用传统的“单一类型”标准器结构方法检测。在该装置中单独选用钟罩5(关闭开关阀Ⅱ8)或标准气体流量计9(关闭开关阀Ⅰ6)进行检测。计算式不变，只是将没有参加检测的标准器的气体累积量置为零计算即可。三种方法灵活选择，也便于比对。

利用钟罩5单点校准标准流量计9。由于本实施例中的标准气体流量计9准确度稍低(一般为0.5级及以下)，为了确保其计量准确度，必须进行单点校准后才能作为标准器使用。传统的校准方法为：将标准气体流量计9拆下在另一套气体流量标准上进行单点校准，校准后再安装到本装置上继续使用，该方式称为单点离线校准。显然，由于安装因素影响，标准气体流量计9的计量曲线有可能受到影响，进而影响装置计量准确性。本实施例利用装置自身管线进行切换，对气体实现单点在线校准。具体过程为：按单独选用钟罩5的操作方式，使钟罩5升至某高度；确保截止阀2保持关闭，打开开关阀Ⅰ6与开关阀Ⅱ8，调节气阻/流量调节阀10至校准流量点，开始单点校准过程。显然，单点在线校准过程不需对标准气体流量计9进行拆装，消除了传统方法中标准气体流量计单点离线校准前后自身安装因素的影响。

标准气体流量计经单点校准后可以得出单点修正系数，根据修正系数可计算出修正后的脉冲系数。第i点修正后的脉冲系数计算公式为：K_2i＝Z_iK'_2i(i＝1,2,L)。其中，K_2i为第i点标准气体流量计修正后的脉冲系数，Z_i为第i点修正系数，K'_2i为第i点原脉冲系数。经单点校准和修正后，标准气体流量计的不确定度U≤0.2％，k＝2，可以与钟罩5一起成为并联标准器使用。

关于气体流向的说明。本实施例的钟罩5自身具有一定内压力(一般小于等于4kPa)，当打开开关阀Ⅰ6时，钟罩5内的气体会在钟罩5内压力作用下向外流出。

流向1：当同时使用钟罩5及标准流量计9进行检测时，气体经过三通7后，由于受到钟罩5内压力的反作用，可能使大部分气体从标准流量计9通道流出，使流过钟罩5的实际流量过小；甚至当气源压力小于钟罩5内压力时，钟罩5内气体通过三通7与来自气源1的气体合二为一同时流过标准流量计9，显然达不到该结构的使得目的。为了避免这种情况出现，本实施例第一要保证气源1压力大于钟罩5内压力；第二设计气阻/流量调节阀10，工作时先将其调整至某一开度，确保标准流量计9输入口前保持与钟罩内差不多的压力，此时气体流向为：气源1、被检流量计3、流量调节阀4、三通7，后同时流过两条管路：一条为开关阀Ⅰ6、钟罩5；另一条为开关阀Ⅱ8、标准流量计9、气阻/流量调节阀10、大气。

流向2：利用钟罩5校准标准流量计9时，钟罩5利用自身的内压力，驱使气体从钟罩5流出，然后经过开关阀Ⅰ6、三通7、开关阀Ⅱ8、标准流量计9、气阻/流量调节阀10后排入大气。

Claims (2)

1.一种双标准气体流量装置并联式检测方法，所述的双标准气体流量装置并联式结构包括气源（1）及三通（7），所述气源（1）通过截止阀（2）连接有被检流量计（3），被检流量计（3）通过流量调节阀（4）与三通（7）的输入口连通，三通（7）的第一输出口通过开关阀Ⅰ（6）连接有钟罩（5），三通（7）的第二输出口通过开关阀Ⅱ（8）连接有标准气体流量计（9），标准气体流量计（9）连接有气阻/流量调节阀（10），气阻/流量调节阀（10）与大气连通；所述截止阀（2）与被检流量计（3）的连接管路上分别连接有压力传感器p3和温度传感器t3；所述钟罩（5）与开关阀Ⅰ（6）的连接管路上分别连接有压力传感器p1和温度传感器t1；所述开关阀Ⅱ（8）与标准气体流量计（9）的连接管路上分别连接有压力传感器p2和温度传感器t2；其特征在于：钟罩（5）降到一定高度，气源（1）与被检流量计（3）连通，流量调节阀（4）调节到目标流量点，系统稳定后，开始检测计时，检测时间内，记录钟罩（5）、标准气体流量计（9）、被检流量计（3）的脉冲：N1、N2、N3；被检流量计（3）表前压力P3、温度T3；钟罩（5）压力P1、温度T1；标准气体流量计（9）压力P2、温度T2；通过脉冲计算钟罩（5）、标准气体流量计（9）、被检流量计（3）的气体累积量Q1、Q2、Q3，将钟罩（5）、标准气体流量计（9）的气体累积量Q1、Q2转换成被检流量计（3）压力和温度状态下的气体累积量Q13、Q23，并相加得到标准气量值Q，通过标准气量值Q与被检流量计（3）的气体累积量Q3计算，得到被检流量计（3）值误差E。

2.根据权利要求1所述的一种双标准气体流量装置并联式检测方法，其特征在于：钟罩（5）升至某高度，关闭截止阀（2），打开开关阀Ⅰ（6）与开关阀Ⅱ（8），调节气阻/流量调节阀（10）至校准流量点，对标准气体流量计（9）单点在线校准，得出单点修正系数。

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