CN113252144A - 一种超低温液体静态质量法检定装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低温液体静态质量法检定装置及其方法，所述超低温液体静态质量法检定装置包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、被检表、低温保护罐、称重罐、深冷罐、低温储罐、动力源、换向阀组、称、提升机构。本发明提供的超低温液体静态质量法检定装置，能够避免称重罐口及其附属管件结霜，也能避免低温液体在称量管中气化，还能避免称等传感器与储存罐直接接触，从而保证测量的稳定性和准确度。

Description

一种超低温液体静态质量法检定装置及其方法

技术领域

本发明涉及流量检测技术领域，尤其涉及一种超低温液体静 态质量法检定装置及其方法。

背景技术

天然气是清洁能源，实现能源的多元化、清洁化、高效化和低 碳化是我们的能源国策，发展天然气车船产业就是具体体现之一。 民用能源中天然气也是最有增长潜力的，这就存在贸易计量，称是 首选，其次流量计，但在汽车加注中等过程计量只能选择流量计，如何保证流量计计量误差，除流量计自身稳定性和准确度外，接近 介质状态的实流标定就显得十分重要了。液化天然气常压状态下的 临界温度是-162℃，考虑到天然气易燃易爆，通用的办法是使用安 全系数较高，液氮进行检定，液氮常压状态下的临界温度是-196℃，足以满足检定需要。目前在用的检定方法主要是比对方，及有一个 艾默生的流量计作为标准表进行比对。

美国国家标准与技术研究院使用的动态质量法，系统扩展不 确定度为0.17％，k＝2。静态质量法可以提供检定系统的不确定 等级。现有的低温检定装置难点如下：称重罐口及附属管件结霜 (空气中水分子预冷)，低温液体在称量管中气化(低温液体体 积约为同量气态体积约1比几百)，密封器件，称重(计量)罐 的重量，称等传感器不能直接与储存罐接触。

发明内容

为解决现有技术存在的局限和缺陷，本发明提供一种超低温 液体静态质量法检定装置，包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、 第四阀门、第五阀门、被检表、低温保护罐、称重罐、深冷罐、 低温储罐、动力源、换向阀组、称、提升机构；

所述低温保护罐的底部通过所述第三阀门与所述动力源连 接，所述低温保护罐使用真空罐制作，所述称重罐设置在所述低 温保护罐之内的上部，所述低温保护罐用于存储检定所用的低温 介质，对所述称重罐进行低温保护，以防止所述称重罐结霜；

所述称重罐的内部装载有被测液体，所述称重罐的顶端与所 述称连接，所述称重罐的底端与所述换向阀组连接，所述换向阀 组与所述提升机构组成换向系统，所述称用于称量液体的重量， 所述称的上部与所述提升机构的下端连接，所述称的下部通过3 个连杆与所述称重罐连接，以避免将低温传递给称重传感器，所 述提升机构的顶端固定在不可移动的物体上；

所述称重罐通过所述第一阀门与所述被检表的一端连接，所 述被检表的另一端通过所述第二阀门与所述深冷罐连接，所述深 冷罐用于对回收液体进行降温，所述深冷罐的一端通过所述第五 阀门与低温储罐连接，所述深冷罐的另一端与所述动力源连接， 所述低温储罐通过所述第四阀门与所述动力源连接，所述低温储 罐用于提供检定所用的低温液体。

可选的，所述动力源为低温泵或压缩机。

可选的，所述换向阀组包括密封块、连杆机构、液体导流孔、 密封结合面、称重罐、顶针；

所述密封块通过所述连杆机构与所述液体导流孔连接，所述 称重罐设置在所述密封块的下方，所述称重罐与所述液体导流孔 固定连接，所述密封结合面设置在所述密封块与所述称重罐之间， 所述顶针设置在所述称重罐的下方，所述顶针与所述密封块相对设置，所述顶针与所述连杆机构处于同一轴线。

可选的，所述深冷罐的外壳使用真空制作。

本发明还提供一种超低温液体静态质量法检定方法，所述超 低温液体静态质量法检定方法使用任一所述超低温液体静态质量 法检定装置，所述超低温液体静态质量法检定方法包括：

关闭所述第三阀门、所述第五阀门，打开所述第一阀门、所 述第二阀门、所述第四阀门，启动所述动力源，液体进入所述深 冷罐，以对液体进行降温，进入所述深冷罐之后的液体进入所述 被检表，以保证液体的低温状态，防止液体升温气化，所述换向 系统中的提升机构落下，所述换向阀组打开，进入所述称重罐的 液体流入所述低温保护罐，当液体达到预设的液位时所述被检表 的预冷完成；

关闭所述第一阀门，打开所述第五阀门，关闭所述换向系统， 提起所述称，待所述称的读数稳定后读取所述称重罐的皮重Q0_ij；

关闭所述第五阀门，打开所述第一阀门，打开所述换向系统， 待流量稳定后，关闭所述换向系统，低温液体存在所述称重罐之 中，同时控制系统开始计数，以计量所述被检表输出的脉冲数；

所述脉冲数达到预设值时，关闭所述第一阀门，打开所述第 五阀门，同时控制系统结束计数N_ij，待所述称的读数稳定后读取 Q1_ij；

打开所述换向系统，排空所述称重罐内的液体，若所述低温 保护罐的液体高于预设的液位时，关闭所述第四阀门，打开所述 第三阀门，待所述低温保护罐的液体降低至预设的液位时，关闭 所述第三阀门，打开所述第四阀门，继续从所述低温储罐中提取 液体；

关闭所述第四阀门、所述第二阀门，打开所述第三阀门、所 述第五阀门，液体从所述低温保护罐流入所述深冷罐，经过所述 深冷罐降温之后回到所述低温储罐。

可选的，所述超低温液体静态质量法检定装置测量的累积质 量为：Qs_ij＝Q1_ij-Q0_ij，所述被检表的累积脉冲数为：Q_ij＝N_ij/K， 单次检定的误差计算公式如下：

其中，Q_ij为所述被检表的累积脉冲数，Qs_ij为所述超低温液 体静态质量法检定装置测量的累积质量。

可选的，还包括：

当所述提升机构将所述称提起时，所述称带动所述称重罐提 起，所述密封块与所述顶针分离，在所述连杆机构的弹簧作用下， 所述密封块向下运动，所述密封块与所述密封结合面进行结合起 到密封的作用；

当所述提升机构放下时所述称重罐在重力作用下向下运动， 所述顶针推动所述密封块向上运动，所述密封结合面与所述密封 块产生间隙，液体通过所述间隙流出。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的超低温液体静态质量法检定装置，包括第一阀 门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、被检表、低温 保护罐、称重罐、深冷罐、低温储罐、动力源、换向阀组、称、 提升机构。本发明提供的超低温液体静态质量法检定装置，能够 避免称重罐口及其附属管件结霜，也能避免低温液体在称量管中 气化，还能避免称等传感器与储存罐直接接触，从而保证测量的 稳定性和准确度。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的超低温液体静态质量法检定装 置的结构示意图。

图2为本发明实施例一提供的超低温液体静态质量法检定装 置的第一种状态示意图。

图3为本发明实施例一提供的超低温液体静态质量法检定装 置的第二种状态示意图。

图4为本发明实施例一提供的超低温液体静态质量法检定装 置的第三种状态示意图。

图5为本发明实施例一提供的超低温液体静态质量法检定装 置的第四种状态示意图。

图6为本发明实施例一提供的超低温液体静态质量法检定装 置的方框图。

图7为本发明实施例一提供的换向阀组的结构示意图。

其中，附图标记为：第一阀门-11、第二阀门-12、第三阀门 -13、第四阀门-14、第五阀门-15、被检表-20、低温保护罐-21、 称重罐-22、深冷罐-23、低温储罐-24、动力源-30、换向阀组-31、 称-32、提升机构-33、密封块-1、连杆机构-2、液体导流孔-3、 密封结合面-4、顶针-6。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面 结合附图对本发明提供的超低温液体静态质量法检定装置及其方 法进行详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的超低温液体静态质量法检定装 置的结构示意图。图2为本发明实施例一提供的超低温液体静态 质量法检定装置的第一种状态示意图。图3为本发明实施例一提 供的超低温液体静态质量法检定装置的第二种状态示意图。图4 为本发明实施例一提供的超低温液体静态质量法检定装置的第三 种状态示意图。图5为本发明实施例一提供的超低温液体静态质 量法检定装置的第四种状态示意图。如图1-5所示，本实施例提 供一种超低温液体静态质量法检定装置，包括第一阀门11、第二 阀门12、第三阀门13、第四阀门14、第五阀门15、被检表20、 低温保护罐21、称重罐22、深冷罐23、低温储罐24、动力源 30、换向阀组31、称32、提升机构33。本实施例提供的超低温 液体静态质量法检定装置，能够避免称重罐口及其附属管件结霜， 也能避免低温液体在称量管中气化，还能避免称等传感器与储存 罐直接接触，从而保证测量的稳定性和准确度。

本实施例中，所述低温保护罐21的底部通过所述第三阀门 13与所述动力源30连接，所述低温保护罐21使用真空罐制作， 所述称重罐22设置在所述低温保护罐21之内的上部，所述低温 保护罐21用于存储检定所用的低温介质，对所述称重罐22进行 低温保护，以防止所述称重罐22结霜。

图6为本发明实施例一提供的超低温液体静态质量法检定装 置的方框图。如图6所示，所述称重罐22的内部装载有被测液 体，所述称重罐22的顶端与所述称32连接，所述称重罐22的 底端与所述换向阀组31连接，所述换向阀组31与所述提升机构 33组成换向系统，所述称32用于称量液体的重量，所述称32 的上部与所述提升机构33的下端连接，所述称32的下部通过3 个连杆与所述称重罐22连接，以避免将低温传递给称重传感器， 所述提升机构33的顶端固定在不可移动的物体上。

本实施例中，所述称重罐22通过所述第一阀门11与所述被 检表20的一端连接，所述被检表20的另一端通过所述第二阀门 12与所述深冷罐23连接，所述深冷罐23用于对回收液体进行降 温，所述深冷罐23的一端通过所述第五阀门与低温储罐24连接， 所述深冷罐23的另一端与所述动力源30连接，所述低温储罐24 通过所述第四阀门14与所述动力源30连接，所述低温储罐24 用于提供检定所用的低温液体。

图7为本发明实施例一提供的换向阀组的结构示意图。如图 7所示，所述动力源30为低温泵或压缩机，所述换向阀组31包 括密封块1、连杆机构2、液体导流孔3、密封结合面4、称重罐 22、顶针6；所述密封块1通过所述连杆机构2与所述液体导流 孔3连接，所述称重罐22设置在所述密封块1的下方，所述称 重罐22与所述液体导流孔3固定连接，所述密封结合面4设置 在所述密封块1与所述称重罐22之间，所述顶针6设置在所述 称重罐22的下方，所述顶针6与所述密封块1相对设置，所述 顶针6与所述连杆机构2处于同一轴线，所述深冷罐23的外壳 使用真空制作。

参见图1-5，5个阀门用于控制管道通断，根据需要改变管道 内介质流动方向，动力源可以是低温泵或压缩机。低温保护罐采 用真空罐制作，用于存储检定用的低温介质，对称重罐进行低温 保护，防止其结霜。本实施例提供的称重罐，也称计量罐，与称 相连接，用于装载被测液体。深冷罐的外壳采用真空制作，用于 给回收液体降温。低温储罐用于提供检定所需要的低温液体，换 向阀组与提升机组成换向系统。称用于称量液体重量，向上与提 升机构相连，向下通过3个连杆与称重罐相连，避免低温传递给 称重传感器。提升机构固定设置在不可移动物体上，提示机构与 称连接。

本实施例提供的超低温液体静态质量法检定装置，包括第一 阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、被检表、低 温保护罐、称重罐、深冷罐、低温储罐、动力源、换向阀组、称、 提升机构。本实施例提供的超低温液体静态质量法检定装置，能 够避免称重罐口及其附属管件结霜，也能避免低温液体在称量管 中气化，还能避免称等传感器与储存罐直接接触，从而保证测量 的稳定性和准确度。

实施例二

本实施例提供一种超低温液体静态质量法检定方法，所述超 低温液体静态质量法检定方法使用实施例一提供的超低温液体静 态质量法检定装置，具体内容可参照上述实施例一的描述，此处 不再赘述。

参见图2，本实施例提供的超低温液体静态质量法检定方法 包括：关闭所述第三阀门13、所述第五阀门15，打开所述第一 阀门11、所述第二阀门12、所述第四阀门14，启动所述动力源 30，液体进入所述深冷罐23，以对液体进行降温，进入所述深冷 罐23之后的液体进入所述被检表20，以保证液体的低温状态， 防止液体升温气化，所述换向系统中的提升机构33落下，所述 换向阀组31打开，进入所述称重罐22的液体流入所述低温保护 罐21，当液体达到预设的液位时所述被检表20的预冷完成。

参见图3，关闭所述第一阀门11，打开所述第五阀门15，关 闭所述换向系统，提起所述称32，待所述称32的读数稳定后读 取所述称重罐22的皮重Q0_ij。本实施例提供的超低温液体静态质 量法检定装置，能够避免称重罐口及其附属管件结霜，也能避免 低温液体在称量管中气化，还能避免称等传感器与储存罐直接接 触，从而保证测量的稳定性和准确度。

参见图4，关闭所述第五阀门15，打开所述第一阀门11，打 开所述换向系统，待流量稳定后，关闭所述换向系统，低温液体 存在所述称重罐22之中，同时控制系统开始计数，以计量所述 被检表20输出的脉冲数。所述脉冲数达到预设值时，关闭所述 第一阀门11，打开所述第五阀门15，同时控制系统结束计数N_ij， 待所述称32的读数稳定后读取Q1_ij。打开所述换向系统，排空所 述称重罐22内的液体，若所述低温保护罐21的液体高于预设的 液位时，关闭所述第四阀门14，打开所述第三阀门13，待所述 低温保护罐21的液体降低至预设的液位时，关闭所述第三阀门 13，打开所述第四阀门14，继续从所述低温储罐24中提取液体。

参见图5，关闭所述第四阀门14、所述第二阀门12，打开所 述第三阀门13、所述第五阀门15，液体从所述低温保护罐21流 入所述深冷罐23，经过所述深冷罐23降温之后回到所述低温储 罐24。

本实施例中，所述超低温液体静态质量法检定装置测量的累 积质量为：Qs_ij＝Q1_ij-Q0_ij，所述被检表20的累积脉冲数为：Q_ij＝ N_ij/K，单次检定的误差计算公式如下：

其中，Q_ij为所述被检表20的累积脉冲数，Qs_ij为所述超低 温液体静态质量法检定装置测量的累积质量。

参见图7，本实施例提供的超低温液体静态质量法检定方法， 还包括：当所述提升机构33将所述称32提起时，所述称32带 动所述称重罐22提起，所述密封块1与所述顶针6分离，在所 述连杆机构2的弹簧作用下，所述密封块1向下运动，所述密封 块1与所述密封结合面4进行结合起到密封的作用。当所述提升 机构33放下时所述称重罐22在重力作用下向下运动，所述顶 针6推动所述密封块1向上运动，所述密封结合面4与所述密封 块1产生间隙，液体通过所述间隙流出。

本实施例提供的低温保护罐进液和被检表预冷的步骤如下： 关闭第三阀门13、第五阀门15，打开第一阀门11、第二阀门12、 第四阀门14，启动动力源，为保证液体温度，防止液体升温气化， 液体在进入被检表前进入深冷罐23，对液体进行降温，换向系统 中的提升机构33落下，换向阀组打开，进入称重罐的液体流入 低温保护罐21中，当液体达到足够起保护的液位时被检表预冷 完成，流程结束。

本实施例提供的称量称重罐的步骤如下：在预冷结束后，关 闭第一阀门11，打开第五阀门15，换向系统关闭，称32被提起， 待稳定后读取称重罐皮重Q0_ij。

称量称重罐的步骤之后，本实施例关闭第五阀门15，打开第 一阀门11，换向系统打开，待流量稳定后，关闭换向系统，低温 液体存在称重罐中，同时控制系统开始计数(计量被检表输出脉 冲数)。

到达预订值时，关闭第一阀门11，打开第五阀门15，同时 控制系统结束计数N_ij，待称读数稳定后读取Q1_ij。称重结束换向 系统打开，将称重罐22内液体排空，如果低温保护罐21液位高 时关闭第四阀门14，打开第三阀门13，待液位降到合理位置时 关闭第三阀门13，打开第四阀门14，继续从储罐中取液。

本实施例提供的液体回收的步骤如下：在液体回收过程中， 关闭第四阀门14、第二阀门12，打开第三阀门13、第五阀门15， 液体从低温保护罐21经深冷罐23降温后回到低温储罐24。

本实施例中，装置测量累积质量为Qs_ij＝Q1_ij-Q0_ij；

被检表累积为Q_ij＝N_ij/K；

单次检定的误差如下：

参见图6和图7，本实施例提供的换向阀组，因称重罐处于 低温气体保护状态，无论采用气动阀门和电动阀门其执行机构均 不能在低温下工作，工作原理如下：

当提升机构将称提起，因称还与称重罐连接，所以称重罐提 起，密封块与顶针分离，同时密封块在连杆机构的弹簧作用下， 将密封块向下推，密封块与密封面结合起到密封的作用；

反之当提升机构放下时称重罐由于重力向下，顶针推动密封 块向上，密封面与密封块产生间隙，液体流出。

本实施例提供的超低温液体静态质量法检定方法，其使用的 超低温液体静态质量法检定装置包括第一阀门、第二阀门、第三 阀门、第四阀门、第五阀门、被检表、低温保护罐、称重罐、深 冷罐、低温储罐、动力源、换向阀组、称、提升机构。本实施例 提供的超低温液体静态质量法检定装置，能够避免称重罐口及其 附属管件结霜，也能避免低温液体在称量管中气化，还能避免称 等传感器与储存罐直接接触，从而保证测量的稳定性和准确度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理 而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领 域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况 下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的 保护范围。

Claims (7)

1.一种超低温液体静态质量法检定装置，其特征在于，包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、被检表、低温保护罐、称重罐、深冷罐、低温储罐、动力源、换向阀组、称、提升机构；

所述低温保护罐的底部通过所述第三阀门与所述动力源连接，所述低温保护罐使用真空罐制作，所述称重罐设置在所述低温保护罐之内的上部，所述低温保护罐用于存储检定所用的低温介质，对所述称重罐进行低温保护，以防止所述称重罐结霜；

所述称重罐的内部装载有被测液体，所述称重罐的顶端与所述称连接，所述称重罐的底端与所述换向阀组连接，所述换向阀组与所述提升机构组成换向系统，所述称用于称量液体的重量，所述称的上部与所述提升机构的下端连接，所述称的下部通过3个连杆与所述称重罐连接，以避免将低温传递给称重传感器，所述提升机构的顶端固定在不可移动的物体上；

所述称重罐通过所述第一阀门与所述被检表的一端连接，所述被检表的另一端通过所述第二阀门与所述深冷罐连接，所述深冷罐用于对回收液体进行降温，所述深冷罐的一端通过所述第五阀门与低温储罐连接，所述深冷罐的另一端与所述动力源连接，所述低温储罐通过所述第四阀门与所述动力源连接，所述低温储罐用于提供检定所用的低温液体。

2.根据权利要求1所述的超低温液体静态质量法检定装置，其特征在于，所述动力源为低温泵或压缩机。

3.根据权利要求1所述的超低温液体静态质量法检定装置，其特征在于，所述换向阀组包括密封块、连杆机构、液体导流孔、密封结合面、称重罐、顶针；

所述密封块通过所述连杆机构与所述液体导流孔连接，所述称重罐设置在所述密封块的下方，所述称重罐与所述液体导流孔固定连接，所述密封结合面设置在所述密封块与所述称重罐之间，所述顶针设置在所述称重罐的下方，所述顶针与所述密封块相对设置，所述顶针与所述连杆机构处于同一轴线。

4.根据权利要求1所述的超低温液体静态质量法检定装置，其特征在于，所述深冷罐的外壳使用真空制作。

5.一种超低温液体静态质量法检定方法，其特征在于，所述超低温液体静态质量法检定方法使用权利要求1-4任一所述超低温液体静态质量法检定装置，所述超低温液体静态质量法检定方法包括：

关闭所述第三阀门、所述第五阀门，打开所述第一阀门、所述第二阀门、所述第四阀门，启动所述动力源，液体进入所述深冷罐，以对液体进行降温，进入所述深冷罐之后的液体进入所述被检表，以保证液体的低温状态，防止液体升温气化，所述换向系统中的提升机构落下，所述换向阀组打开，进入所述称重罐的液体流入所述低温保护罐，当液体达到预设的液位时所述被检表的预冷完成；

关闭所述第一阀门，打开所述第五阀门，关闭所述换向系统，提起所述称，待所述称的读数稳定后读取所述称重罐的皮重Q0_ij；

关闭所述第五阀门，打开所述第一阀门，打开所述换向系统，待流量稳定后，关闭所述换向系统，低温液体存在所述称重罐之中，同时控制系统开始计数，以计量所述被检表输出的脉冲数；

所述脉冲数达到预设值时，关闭所述第一阀门，打开所述第五阀门，同时控制系统结束计数N_ij，待所述称的读数稳定后读取Q1 _ij；

打开所述换向系统，排空所述称重罐内的液体，若所述低温保护罐的液体高于预设的液位时，关闭所述第四阀门，打开所述第三阀门，待所述低温保护罐的液体降低至预设的液位时，关闭所述第三阀门，打开所述第四阀门，继续从所述低温储罐中提取液体；

关闭所述第四阀门、所述第二阀门，打开所述第三阀门、所述第五阀门，液体从所述低温保护罐流入所述深冷罐，经过所述深冷罐降温之后回到所述低温储罐。

6.根据权利要求5所述的超低温液体静态质量法检定方法，其特征在于，所述超低温液体静态质量法检定装置测量的累积质量为：Qs_ij＝Q1 _ij-Q0_ij，所述被检表的累积脉冲数为：Q_ij＝N_ij/K，单次检定的误差计算公式如下：

其中，Q_ij为所述被检表的累积脉冲数，Qs_ij为所述超低温液体静态质量法检定装置测量的累积质量。

7.根据权利要求5所述的超低温液体静态质量法检定方法，其特征在于，还包括：

当所述提升机构将所述称提起时，所述称带动所述称重罐提起，所述密封块与所述顶针分离，在所述连杆机构的弹簧作用下，所述密封块向下运动，所述密封块与所述密封结合面进行结合起到密封的作用；

当所述提升机构放下时所述称重罐在重力作用下向下运动，所述顶针推动所述密封块向上运动，所述密封结合面与所述密封块产生间隙，液体通过所述间隙流出。

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