CN209512999U

CN209512999U - 一种音速喷嘴式气体流量标准装置

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Publication number: CN209512999U
Application number: CN201920250333.8U
Authority: CN
Inventors: 江航成; 李杭; 林明星
Original assignee: Goldcard Smart Group Co Ltd
Current assignee: Goldcard Smart Group Co Ltd
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2019-10-18
Anticipated expiration: 2029-02-27

Abstract

本实用新型公开了一种音速喷嘴式气体流量标准装置，包括设有若干喷嘴的滞止容器、与若干喷嘴分别连接的若干分支导管、与若干分支导管连接的汇管、与汇管连接的气泵、装夹被检表的夹表台位、采集被检表信息的采样器、连接被检表与滞止容器的连接管路，分支导管连接喷嘴控制阀，滞止容器安装第一温度变送器及连接第一控制阀，第一控制阀连接差压变送器，被检表处安装第二温度变送器及连接第二控制阀，第二控制阀连接差压变送器；气体流量标准装置还设有检测大气压力的第一绝压变送器、检测大气湿度的湿度变送器、计时器及计算机。本实用新型采用采用绝压变送器与差压变送器的组合，对整套装置的扩展不确定度评估达到0.3％。

Description

一种音速喷嘴式气体流量标准装置

技术领域

本实用新型涉及燃气表检定技术，具体涉及音速喷嘴式气体流量标准装置。

背景技术

燃气表具有计量精度高、量程范围宽、稳定性好、价格低廉等优点，广泛用于燃气的贸易结算。燃气表作为国家计量行政部门重点监管的计量器具，其计量准确性至关重要。燃气表的检定装置目前主要有钟罩式气体流量标准装置和标准表法气体流量标准装置。采用喷嘴作为标准表的气体流量标准装置,以其结构简单、性能稳定、准确度高、无可动部件、维护方便等特点,在气体流量仪表的检定及校准中得到广泛的应用，成为开展气体流量计量的主流标准装置。

申请号为CN201620503842.3的中国实用新型专利公开了一种音速喷嘴式气体流量标准装置。它包括PLC控制系统,若干导流管、主流管、止滞容器和稳压缓冲罐,其中：导流管包括前段直管和后段直管,后段直管与主流管连接,前段直管连接夹表器和消音器,主流管与止滞容器连接；止滞容器上有若干音速喷嘴,音速喷嘴上方有汇总管,汇总管上有若干连接管和封堵气缸,汇总管依次连接稳压缓冲罐和气泵。

由于气体的体积与压力密切相关，为确保测试误差的准确性，需要准确的检测被检表以及标准器处的压力，该专利在直管处安装第一绝压变送器，止滞容器上安装第二绝压变送器。装置需要采集到两个位置的压力，即被检表处压力、标准器处的压力，目前采用0.2级精度的绝对压力变送器，对设备的扩展不确定度评定只能达到0.5％的水平。对于测试1.5级的燃气表而言，显得准确度不够高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种音速喷嘴式气体流量标准装置，提高装置的扩展不确定度，使其可以达到0.3％的水平。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种音速喷嘴式气体流量标准装置，包括设有若干喷嘴的滞止容器、与若干喷嘴分别连接的若干分支导管、与若干分支导管连接的汇管、与汇管连接的气泵、装夹被检表的夹表台位、采集被检表信息的采样器、连接被检表与滞止容器的连接管路，所述分支导管连接喷嘴控制阀，所述滞止容器安装第一温度变送器及连接第一控制阀，所述第一控制阀连接差压变送器，被检表处安装第二温度变送器及连接第二控制阀，所述第二控制阀连接差压变送器；所述气体流量标准装置还设有检测大气压力的第一绝压变送器、检测大气湿度的湿度变送器、用于计时的计时器以及接收采样器、差压变送器、湿度变送器、计时器信息并对第一控制阀、第二控制阀进行控制的计算机。

可选的，所述差压变送器的精度为0.2级，量程为±10kPa。

可选的，所述第一绝压变送器的精度为0.2级，量程为(0-110)kPa。

可选的，所述计时器为晶振。

可选的，所述汇管连接有第二绝压变送器。

可选的，所述气泵为真空泵。

本实用新型采用上述技术方案，具有如下有益效果：

1、被检表以及标准器(滞止容器)处检测都是采用同一个差压变送器，第一绝压变送器检测大气压力，采用大气压+表压的取压方式，有效消除因绝对压力带来的系统误差。

2、采用绝压变送器+差压变送器的组合，第一绝压变送器和差压变送器的精度均为0.2级，最终对整套装置的扩展不确定度(准确度)评估达到0.3％。

3、由于被检表以及标准器(滞止容器)处检测都是采用同一个差压变送器，通过第一控制阀和第二控制阀进行切换，可以减少一个差压变送器，降低设备成本。

4、采用计时器自动控制测试时间，保证测试准确度。

5、第二绝压变送器用于监控汇管处绝对压力，监控此处压力符合测试要求。

6、采用第一温度变送器、第二温度变送器检测计算音速喷嘴标准累积体积的温度参数。

本实用新型的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1-夹表台位、2-采样器、3-连接管路、4-滞止容器、5-音速喷嘴、6-喷嘴控制阀、7-真空泵、8-汇管、9-第二绝压变送器、10-计时器、11-计算机、12-第一温度变送器(滞止容器处)、13-第一控制阀(滞止容器处压力变送器)、14-差压变送器、15-第二温度变送器(被检表处)、16-第一绝压变送器(大气处)、17-第二控制阀(被检表处压力变送器)、18-湿度变送器(大气处)组成。

具体实施方式

如图1所示，一种音速喷嘴式气体流量标准装置，包括设有若干喷嘴5的滞止容器4、与若干喷嘴5分别连接的若干分支导管、与若干分支导管连接的汇管8、与汇管8连接的气泵、装夹被检表的夹表台位1、采集被检表信息的采样器2、连接被检表与滞止容器4的连接管路3，所述分支导管连接喷嘴控制阀6，所述滞止容器4安装第一温度变送器12及连接第一控制阀13，所述第一控制阀13连接差压变送器14，被检表处安装第二温度变送器15及连接第二控制阀17，所述第二控制阀17连接差压变送器14；所述气体流量标准装置还设有检测大气压力的第一绝压变送器16、检测大气湿度的湿度变送器18、用于计时的计时器10以及接收采样器2、差压变送器14、湿度变送器18、计时器10信息并对第一控制阀13、第二控制阀17进行控制的计算机11，计算机11采集计时器10计时信息并根据计时信息进行控制。

优选的，所述第一绝压变送器的精度为0.2级，量程为(0-110)kPa。所述差压变送器的精度为0.2级，量程为±10kPa。保证整套装置的扩展不确定度(准确度)评估达到0.3％。

一、音速喷嘴标准累积体积计算公式：

式中：V_ref—标准累积体积；C_d—喷嘴的流出系数；A_*—喷嘴的喉部直径；C_*—喷嘴的流函数；Z—压缩系数；R—通用气体常数；M—气体的摩尔质量；P_s—标准器处的压力；P_m—被检表处的压力；T_s—标准器处的温度；T_m—被检表处的温度；t—累积时间。

二、采用绝压的不确定度评定

1.目前普遍采用不同个0.2级绝压变送器分别测量被检表以及标准器处的气体压力，根据公式(1)进行装置的相对不确定度分量由式3组成。

2.1u_r(C_d)—音速喷嘴的相对标准不确定度(％)

音速喷嘴的扩展不确定度为0.2％，置信概率P＝95％,包含因子k＝2；按正态分布考虑，其相对标准不确定度为：u_r(C_d)＝0.1％

2.2u_r(P_m)、u_r(P_s)—压力引起的相对标准不确定度(％)

采用0.2级绝对压力变送器，满量程为110kPa,最大误差110kPa*0.002＝0.22k Pa按照均匀分布,

2.3u_r(T_m)、u_r(T_s)—温度引起的相对标准不确定度(％)

温度变送器最大误差0.2℃，按照均匀分布

2.4u_r(t)—晶振的相对标准不确定度(％)

晶振的扩展不确定度为2×10^-6，置信概率P＝95％,包含因子k＝2；按正态分布考虑，其相对标准不确定度为：u_r(t)＝0.0001％。

2.5u_r(B—其他参数引起的相对标准不确定度(％)

其他参数引起的相对标准不确定度，根据经验估算u_r(B)＝0.05％

2.6对以上不确定度评定汇总见表1

表1不确定度评定汇总表(采用绝压)

3.采用大气压+表压的不确定度评定

采用0.2级，满量程为110kPa的绝压变送器,测量大气压力P；采用0.2级，量程范围为±10kPa差压变送器测量被检表处以及标准器处气体的表压；共用大气压力P，加上表压就是气体的绝对压力。为方便计算，对公式(1)进行简化如下：

式中:P—大气压力；ΔP_s—标准器处气体的表压；ΔP_m—被检表处气体的表压；

求绝对压力P的灵敏系数C_(P)

求绝对压力P引起的相对灵敏系数C_r(P)

由于差压的最大量程为10kPa，所以C_r(P)最大值为0.002/kPa。

求差压引起的相对灵敏系数

对以上不确定度评定汇总见表2

表2不确定度评定汇总表(采用大气压+表压)

4.比较分析

通过以上不确定度比较分析，同样是0.2级压力变送器，采用绝压的取压方式，绝压对于音速喷嘴装置的相对灵敏系数达到0.01/kPa，其引起的相对标准不确定度达到0.127％，超过主标准器音速喷嘴0.1％，导致装置的扩展不确度达到0.44％。采用大气压+表压的取压方式因测量压力引起的相对灵敏系数下降到0.002/kPa，仅为前者的1/5，其引起的相对标准不确定度仅为0.025％，装置扩展不确定度达到0.24％。因而采用绝压变送器+差压变送器的组合对整套装置的扩展不确定度(准确度)更优。

另外，所述汇管连接有第二绝压变送器9，用于监控汇管处绝对压力。所述气泵为真空泵7。

具体测试方法：

1、被检表固定在夹表台位1上；

2、采样器2对准被检表，第一控制阀13默认开；

3、计算机11的软件系统设置测试流量点以及具体测试脉冲数，设置完成打开真空泵7，点击测试所需流量点，形成恒定的流量；

4、当采样器2采集到被检表第一个脉冲信号后，计时器10开始计时，进入测试状态；

5、差压变送器14此时采集到被检处的气体压力，等经过30秒后，计算机11的软件系统关闭第一控制阀13，打开第二控制阀17，此时显示的是标准器处的气体压力，等经过30秒后关闭第二控制阀17，打开第一控制阀13，如此反复，直至测试结束；由于标准规定测试时间不得少于1分钟，采集两处压力有充分时间；

6、当采样器2采集到被检表最后一个脉冲信号后，计时器10停止计时，结束测试；

7、通过以下公式计算出误差值。

C_d—喷嘴的流出系数

A—喷嘴的喉部截面积

C_*—喷嘴的流函数

T_s—喷嘴处的温度

P_s—喷嘴处的压力

Z—压缩系数

R—通用气体常数

M—气体的摩尔质量

T_m—被检燃气表处的温度

P_m—被检燃气表处的压力

V_m—被检燃气表的累积体积

V_ref—标准装置的累积体积

E—被检表的示值误差。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims

1.一种音速喷嘴式气体流量标准装置，其特征在于：包括设有若干喷嘴的滞止容器、与若干喷嘴分别连接的若干分支导管、与若干分支导管连接的汇管、与汇管连接的气泵、装夹被检表的夹表台位、采集被检表信息的采样器、连接被检表与滞止容器的连接管路，所述分支导管连接喷嘴控制阀，所述滞止容器安装第一温度变送器及连接第一控制阀，所述第一控制阀连接差压变送器，被检表处安装第二温度变送器及连接第二控制阀，所述第二控制阀连接差压变送器；所述气体流量标准装置还设有检测大气压力的第一绝压变送器、检测大气湿度的湿度变送器、用于计时的计时器以及接收采样器、差压变送器、湿度变送器、计时器信息并对第一控制阀、第二控制阀进行控制的计算机。

2.根据权利要求1所述的一种音速喷嘴式气体流量标准装置，其特征在于：所述差压变送器的精度为0.2级，量程为±10kPa。

3.根据权利要求1所述的一种音速喷嘴式气体流量标准装置，其特征在于：所述第一绝压变送器的精度为0.2级，量程为(0-110)kPa。

4.根据权利要求1所述的一种音速喷嘴式气体流量标准装置，其特征在于：所述计时器为晶振。

5.根据权利要求1所述的一种音速喷嘴式气体流量标准装置，其特征在于：所述汇管连接有第二绝压变送器。

6.根据权利要求1所述的一种音速喷嘴式气体流量标准装置，其特征在于：所述气泵为真空泵。