CN212843883U - 互校验气体流量标准装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于计量技术领域，尤其涉及一种互校验气体流量标准装置。其采用互校验的方式，实现对钟罩气体流量标准装置和音速喷嘴气体流量标准装置计量精度的在线互相核查，进而保证量值传递的准确程度。包括钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置、互校验流量仪表、数据采集控制单元及工控机；所述互校验流量仪表通过互校验管道分别与钟罩式气体流量标准装置及音速喷嘴气体流量标准装置相连；所述数据采集控制单元分别与钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置、互校验流量仪表及工控机相连；互校验流量仪表安装于检定管道。
Description
技术领域
本实用新型属于计量技术领域，尤其涉及一种互校验气体流量标准装置。
背景技术
能源是支撑经济社会可持续发展的决定因素，天然气等气体量值的消耗和使用是能源计量的重要部分，是企业贸易结算、节能降耗，降低成本的关键。其中，对气体量值精确测量和控制已成为工业生产中不可缺少的组成部分，在工业、石油、化工等领域，气体量值的计量准确与否起着至关重要的作用。气体流量仪表的量值溯源一般通过气体流量标准装置完成。
目前，国内气体流量标准装置多以音速喷嘴气体流量标准装置(负压为主)、标准表法气体流量标准装置、钟罩式气体流量标准装置等应用居多，且装置都独立运行，即独立完成计量溯源任务，系统之间互不关联。各装置准确度是否在有效范围，只有通过期间核查或者到期溯源来实现，校验的可信来源单一，又由于时间、经费、送检工作等原因，对装置的核查效果本身并不理想。因此对于气体流量标准装置需要一种准确、方便快捷的校验方式来保证其准确度。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种互校验气体流量标准装置，其采用互校验的方式，实现对钟罩气体流量标准装置和音速喷嘴气体流量标准装置计量精度的在线互相核查，进而保证量值传递的准确程度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，互校验气体流量标准装置包括钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置、互校验流量仪表、数据采集控制单元及工控机；
所述互校验流量仪表通过互校验管道分别与钟罩式气体流量标准装置及音速喷嘴气体流量标准装置相连；
所述数据采集控制单元分别与钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置、互校验流量仪表及工控机相连；
互校验流量仪表安装于检定管道。
进一步地，钟罩式气体流量标准装置用于钟罩正反吹气体流量仪表的检定校准；
音速喷嘴气体流量标准装置用于喷嘴条件下气体流量仪表的检定校准；
互校验流量仪表用于校验音速喷嘴气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置量值是否准确；
数据采集控制单元用于采集钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置及互校验流量仪表的输出信号，并上传至工控机；
工控机用于接收数据采集单元传来的流量数据、温度数据，并通过计算得出标准流量计值。
进一步地，所述钟罩式气体流量标准装置设置于实验室内；钟罩式气体流量标准装置的磁栅尺和编码器的输出端口通过数据线与数据采集控制单元相连；钟罩式气体流量标准装置的温度信号输出端口及压力变送器的信号输出端口分别与数据采集控制单元相连。
进一步地，所述音速喷嘴气体流量标准装置设置于实验室内；音速喷嘴气体流量标准装置的控制阀门输入/出端口通过数据线与数据采集控制单元相连，音速喷嘴气体流量标准装置的温度信号输出端口及压力变送器的信号输出端口分别与数据采集控制阀门单元相连。
进一步地，所述互校验流量仪表的脉冲输出接口和数据采集控制单元相连。
进一步地，所述互校验流量仪表采用爱拓利的高精度气体容积式流量计。
进一步地，所述音速喷嘴气体流量标准装置选用U＝0.3％(k＝2)正压音速喷嘴气体流量标准装置。
进一步地，所述钟罩式气体流量标准装置选用0.1级3000L高精度钟罩式气体流量标准装置。
进一步地，所述工控机为便携式工控机。
进一步地，所述数据采集控制单元包括模拟/数字量输入输出模块、PLC、串口通信采集模块、计时单元与PLC相连；其中，串口通信采集模块相连分别与模拟/数字量输入输出模块及PLC相连；所述模拟/数字量输入输出模块与钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置及互校验流量仪表相连，所述串口通信采集模块与工控机相连。
气体流量互校验方法，包括通过工控机对音速喷嘴气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置分别检定校准获得两组仪表系数的曲线及差值曲线是否在其合理范围，从而判断两套气体装置的量值是否发生一场偏离。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明互校验流量仪表安装于检定管道，通过阀门组合切换、免拆卸方式由音速喷嘴气体流量标准装置、钟罩式气体流量标准装置分别对其进行检测获得数据，由于免拆卸，避免了安装带来的测量影响，可很好的核查装置量值的偏离情况。
本发明无需拆卸互校验流量仪表即可实现对互校验流量仪表的各自检测，应用方便且数据更加准确，使得对两套装置量值准确程度的验证得到了显著的提高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明原理框图。
图2是本发明系统数据采集控制示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明包括钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置、互校验流量仪表、互校验管道、数据采集控制单元、工控机。
所述钟罩式气体流量标准装置设置于实验室内，包括钟罩本体、气源设备、检定用管段、控制阀门、温度变送器、压力变送器等，用于钟罩正反吹气体流量仪表的检定校准；所述钟罩本体位移的信号通过磁栅尺和编码器的输出端口通过数据线与数据采集控制单元相连；所述温度、压力变送器的信号输出端口与数据采集控制单元相连。
所述音速喷嘴气体流量标准装置设置于实验室内，包括临界流音速喷嘴、气源、滞止容器、控制阀门、检定用管段、温度变送器、压力变送器等，用于喷嘴条件下气体流量仪表的检定校准。控制阀门的输入出端口通过数据线与数据采集控制阀门单元相连；所述温度、压力变送器的信号输出端口与数据采集控制阀门单元相连。
所述互校验流量仪表，通过阀门组合控制，用于校验音速喷嘴气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置量值是否准确，即通过工控机对音速喷嘴气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置分别检定校准获得两组仪表系数的曲线及差值曲线是否在其合理范围，从而判断两套气体装置的量值是否发生一场偏离。所述互校验流量仪表与数据采集单元相连；所述数据采集单元与工控机相连。
互校验流量仪表的检定校准结果分别在音速喷嘴气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置，通过工控按各自算法分别进行计算获得，其中测量时间的获得通过计时模块的信号输出端口与数据采集单元相连。
所述数据采集单元包括模拟/数字量输入/输出模块、输入/输出板卡及与模拟/数字量输入/输出模块相连的串口通信采集模块；所述模拟/数字量输入/输出模块与各变送器、传感器、阀门、计时器相连，所述串口通信采集模块上传至PLC进而与工控机相连。
如图1-2所示，互校验流量仪表安装于检定管道上，管道连接至钟罩式气体流量标准装置和音速喷嘴气体流量标准装置，互校验流量仪表的脉冲输出以及钟罩式气体流量标准装置和音速喷嘴气体流量标准装置的信号连接至数据采集控制系统，工控机的控制软件实现控制阀门自动切换和互校验流量仪表的脉冲信号采集，最终实现互校验流量仪表在两套气体流量标准装置上的数据的互校验。
钟罩式气体流量标准装置用于气体流量仪表量值溯源的气体流量标准，主要包括：风机、钟罩本体、位移传感器、温度压力变送器、检定管段、控制系统等组成。
音速喷嘴气体流量标准装置用于气体流量仪表量值溯源的气体流量标准，主要包括：真空泵、临界流音速喷嘴、滞止容器、位移传感器、温度压力变送器、检定管线、控制系统等组成。
互校验流量仪表为DN50口径气体容积式流量计，误差优于0.25％，重复性优于0.05％，用于实现对每套气体流量装置溯源准确性的验证。
工控机与数据采集控制单元相连，通过数据采集控制单元对互校验流量仪表的脉冲输出信号进行采集，得到互校验流量仪表的脉冲当量；对每套气体装置得出脉冲当量进行分析完成对每套气体流量装置溯源准确性的上位机验证。
所述数据采集控制单元包括：模拟/数字量输入/输出模块、PLC、与模拟/数字量输入/输出模块以及PLC相连的串口通信采集模块、计时单元；所述串口通信采集模块与工控机相连。所述互校验流量仪表为脉冲输出，模拟/数字量输入模块与互校验流量仪表相连，串口通信采集模块可选用RS485转换模块。
双系统互校验正压气体流量标准装置，包括以下步骤：
步骤1、工控机选择音速喷嘴气体流量标准装置控制软件，选择已安装了互校验流量仪表的检定管线，设置对互校验流量仪表检测的流量点以及测量次数，通过上位机控制软件对阀门和传感器的数据采集控制，互校验流量仪表的脉冲输出通过数据采集控制单元传输至工控机。
具体地，根据传感器数据计算音速喷嘴气体流量标准装置的标准流量，同时根据互校验流量仪表的累积脉冲数据，计算出互校验流量仪表在每个流量点下的脉冲当量。
步骤2、工控机软件选择钟罩式气体流量标准装置控制软件，选择已安装了互校验流量仪表的检定管线，设置对互校验流量仪表检测的流量点以及测量次数，通过上位机控制软件对阀门和传感器的数据采集控制，互校验流量仪表的脉冲输出通过数据采集控制单元传输至工控机。
具体地，根据传感器数据计算钟罩式气体流量标准装置的标准流量，同时根据互校验流量仪表的累积脉冲数据，计算出互校验流量仪表在每个流量点下的脉冲当量。
步骤3、工控机根据上述步骤获得数据采集控制单元的数据，计算音速喷嘴气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置的三个流量点下的累积流量，具体为：
(1)音速喷嘴气体流量标准装置累积流量
式中：
qm——工况体积流量，m3；
A*i——第i支喷嘴喉部的内截面积，m2；
Ci——第i支喷嘴流出系数；
C*i——第i支喷嘴临界流函数；
P0——喷嘴前的气体滞止绝对压力，Pa；
T0——喷嘴前的气体滞止热力学温度，K；
R——通用气体常数；
M——气体摩尔质量；
ρ——工况状态下气体密度，kg/m3。
(2)钟罩式气体流量标准装置的累积流量
式中：
qv——钟罩累积流量，m3；
V20——标准状态下钟罩的容积值，m3；
α1——钟罩材料的线膨胀系数，1/℃；
α2——标尺材料的线膨胀系数，1/℃；
θ——钟罩内气体的温度，℃。
ps——钟罩内气体的绝对压力，Pa；
Ts——钟罩内气体的热力学温度，K；
pm——互校验流量仪表处气体的绝对压力，Pa；
Tm——互校验流量仪表处气体的热力学温度，K。
步骤4、工控机根据音速喷嘴气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置的累积流量和采集的脉冲数，分别计算三个流量点下互校验流量仪表的脉冲当量，并根据二者差值做表。
步骤5、音速喷嘴气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置在每次开机运行后，开展流量计检测前，完成对互校验流量仪表的检测，获得一组新的脉冲当量差指标，与历史数据进行比较，判定音速喷嘴气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置量值溯源数据是否正常，从而达到双系统气体流量标准装置量值溯源互校验的目的。
本发明互校验流量仪表安装于检定管道，通过阀门组合切换、免拆卸方式由音速喷嘴气体流量标准装置、钟罩式气体流量标准装置分别对其进行检测获得数据，由于免拆卸，避免了安装带来的测量影响，可很好的核查装置量值的偏离情况。
将互校验流量仪表、装置上的变送器、传感器、输入/输出接口通过数据采集单元和PLC传输至工控机，所述工控机对流量数据、温度数据进行处理及计算，得出标准流量计值。
在工控机内通过每套装置的流量标准值获得互校验流量仪表的仪表系数或误差数据，进而完成两套气体装置互校验。
本发明无需拆卸互校验流量仪表即可实现对互校验流量仪表的各自检测，应用方便，且数据更加准确，使得对两套装置量值准确程度的验证得到了显著的提高。
如图2所示，钟罩数据采集控制单元、喷嘴数据采集控制单元主要由数据采集控制模块、PLC、计时模块、继电器组成，由上位机通过选择开关进行系统选择切换，数据采集模块为：研华ADAM4017+、研华ADAM4024、研华ADAM4050、研华ADAM 4520，PLC为S7200SMART-ST30，计时模块主要以10kHz标准晶振、双路十进制计时芯片74LS390及辅助电路实现。
具体地，钟罩装置数据采集控制单元的J1-J16、JC1-JC16连接钟罩装置管路上气动和电动阀门开/关、风机启动/停止控制的继电器。喷嘴装置数据采集控制单元的J1-J56是连接喷嘴装置管路上气动和电动阀门开/关控制的继电器。
互校验仪表脉冲输出分别接入钟罩数据采集控制单元、喷嘴数据采集控制单元的计时模块进行隔离后，再接入PLC的高速计数器端口。
在工控机内对标准热量值及被测热量值(被检验值)进行误差计算完成对被测热量仪表的现场在线量值溯源，从而达到校准被测热量测量系统的目的。
同时，由于本发明采用无需拆卸流量仪表的在线互校验模式，可避免由于拆卸后安装位置偏差所引起对仪表脉冲当量的影响，进而可更加准确的获得两套气体流量标准装置准确量值情况。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.互校验气体流量标准装置，其特征在于，包括钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置、互校验流量仪表、数据采集控制单元及工控机；
所述互校验流量仪表通过互校验管道分别与钟罩式气体流量标准装置及音速喷嘴气体流量标准装置相连；
所述数据采集控制单元分别与钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置、互校验流量仪表及工控机相连；
互校验流量仪表安装于检定管道。
2.根据权利要求1所述的互校验气体流量标准装置，其特征在于：所述钟罩式气体流量标准装置设置于实验室内；钟罩式气体流量标准装置的磁栅尺和编码器的输出端口通过数据线与数据采集控制单元相连；钟罩式气体流量标准装置的温度信号输出端口及压力变送器的信号输出端口分别与数据采集控制单元相连。
3.根据权利要求1所述的互校验气体流量标准装置，其特征在于：所述音速喷嘴气体流量标准装置设置于实验室内；音速喷嘴气体流量标准装置的控制阀门输入/出端口通过数据线与数据采集控制单元相连，音速喷嘴气体流量标准装置的温度信号输出端口及压力变送器的信号输出端口分别与数据采集控制阀门单元相连。
4.根据权利要求1所述的互校验气体流量标准装置，其特征在于：所述互校验流量仪表的脉冲输出接口和数据采集控制单元相连。
5.根据权利要求1所述的互校验气体流量标准装置，其特征在于：所述互校验流量仪表采用爱拓利的高精度气体容积式流量计。
6.根据权利要求1所述的互校验气体流量标准装置，其特征在于：所述音速喷嘴气体流量标准装置选用正压音速喷嘴气体流量标准装置。
7.根据权利要求1所述的互校验气体流量标准装置，其特征在于：所述钟罩式气体流量标准装置选用0.1级3000L高精度钟罩式气体流量标准装置。
8.根据权利要求1所述的互校验气体流量标准装置，其特征在于：所述工控机为便携式工控机。
9.根据权利要求1所述的互校验气体流量标准装置，其特征在于：所述数据采集控制单元包括模拟/数字量输入输出模块、PLC、串口通信采集模块、计时单元与PLC相连；其中，串口通信采集模块相连分别与模拟/数字量输入输出模块及PLC相连；所述模拟/数字量输入输出模块与钟罩式气体流量标准装置、音速喷嘴气体流量标准装置及互校验流量仪表相连，所述串口通信采集模块与工控机相连。
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| CN202022011384.0U Active CN212843883U (zh) | 2020-09-15 | 2020-09-15 | 互校验气体流量标准装置 |
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