隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的需要 ,節(jié)約能源 ,合理使用能源已成為我國的一項(xiàng)重要國策 。蒸汽及其它氣體流量的計(jì)量 ,屬于重要的能源計(jì)量。蒸汽流量計(jì)的檢定技術(shù), 目前在國內(nèi)仍處于研究階段, 國內(nèi)一些生產(chǎn)廠相繼建立了以蒸汽為工作介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置。但因耗能太多 ,工作條件不好等原因而在努力尋求以空氣為工作介質(zhì)檢定的新途徑。經(jīng)調(diào)查 ,目前國內(nèi)已出現(xiàn)的以空氣為工作介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置主要有二種 。一是音速噴咀式 ,其裝置測(cè)量精度雖滿足了檢定要求 ,但裝置造價(jià)高昂, 每臺(tái)約 100 萬元。
  實(shí)踐證明 ,其技術(shù)是可行的,但投資費(fèi)用及管理運(yùn)行費(fèi)用龐大 ,一般計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)不可能普遍采用。其二是風(fēng)機(jī)孔板式 ,該裝置雖造價(jià)不高 ,但準(zhǔn)確度為 20 %, 加之該類裝置壓力損失大 ,而風(fēng)源壓力低 ,故量程往往不能滿足檢定要求 ,計(jì)量部門已確認(rèn)這一點(diǎn) 。另外國內(nèi)有些單位也在尋求用渦街流量計(jì)來替代噴咀或孔板的嘗試, 但實(shí)用參數(shù)尚不成熟。為解決上述蒸汽計(jì)量計(jì)檢定難的問題 。我們研制了 LOP -KJ -100 型氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 。首次把渦輪流量計(jì)應(yīng)用于氣體(含蒸汽)流量量值傳遞中,并獲得了較為滿意的結(jié)果 。

1、氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置簡(jiǎn)介：
1.1、該裝置結(jié)構(gòu)如圖所示：

圖1汽體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置圖
　裝置主要由風(fēng)源 、標(biāo)準(zhǔn)流量、被檢流量和數(shù)據(jù)處理等 4 部分構(gòu)成 。風(fēng)源部分由柴油機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)成靜壓力(表)為 0.05m Pa ,風(fēng)量為 40m3/min , 滿足被檢表流量上限要求 。標(biāo)準(zhǔn)流量部分由渦輪流量計(jì) 、壓力表和溫度計(jì)等構(gòu)成 。以產(chǎn)生具有規(guī)定準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)流量值。被檢流量由被檢表(如分流旋翼式蒸汽流量計(jì))、壓力表、溫度計(jì)和消音器等構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理部分由便攜式微機(jī) 、工作臺(tái)等構(gòu)成 ,此外還有手動(dòng)葫蘆 、支架 、閥門和管路等輔助部件 。
1.2、該裝置的工作原理 :
    從風(fēng)源排出的具有一定流量的空氣經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)表和被檢流量計(jì)時(shí) , 在標(biāo)準(zhǔn)表中即產(chǎn)生一定頻率的電脈沖信號(hào), 經(jīng)與之配合的二次顯示儀表輸入電路放大整形后 ,送入系數(shù)單元, 把脈沖單位轉(zhuǎn)換為流量單位, 再送入顯示單元進(jìn)行累計(jì)量的數(shù)字顯示 ,然后通過介質(zhì)換算系數(shù)及溫度 、壓力等全面修正得出流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)表的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量 ,然后通過與被檢表的指示質(zhì)量流量進(jìn)行比較,即可得出被檢表在該流量下的相對(duì)誤差。
1.3、該裝置的主要技術(shù)指標(biāo)(由河北省計(jì)量所檢定認(rèn)可)：
(1)裝置風(fēng)源流量上限:40m3min
(2)風(fēng)源壓力:0.035 ～ 0.05MPa
(3)量程:10 、L/S ～ 440L/S
(4)流量穩(wěn)定度 ≤1 %
(5)裝置準(zhǔn)確度 ±1.15 %(置信概率 P =95 %)
注:(1)壓力表為 0.25 級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力表, 溫度計(jì)為分度值為 0.1 ℃的二等標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。(2)裝置準(zhǔn)確度的評(píng)定公式為 :δ=(δV2+4δD +3 δP +3δT)1/ 2式中:δ—裝置準(zhǔn)確度 ;δV —標(biāo)準(zhǔn)表的流速準(zhǔn)確度 ;δD —標(biāo)準(zhǔn)表前的管道內(nèi)徑準(zhǔn)確度;δP —壓力表的準(zhǔn)確度;δT —溫度計(jì)的準(zhǔn)確度。

2、氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新：
2.1、標(biāo)準(zhǔn)流量部分是該裝置的關(guān)鍵：
  標(biāo)準(zhǔn)表的選擇可以有多種 ,本裝置選擇渦輪流量傳感器做標(biāo)準(zhǔn)表 ,充分利用了該表量程寬 、壓力損失小 、易軀動(dòng)、重復(fù)性好、便于控制和調(diào)節(jié)等諸多優(yōu)點(diǎn)。一是擴(kuò)展了裝置的流量測(cè)量范圍 ,滿足了被檢表的量程要求 。二是大大降低了標(biāo)準(zhǔn)表的成本 。

2.2、裝置的測(cè)量精度是裝置的主要技術(shù)指標(biāo)：
  本裝置的數(shù)據(jù)處理利用了計(jì)算機(jī)技術(shù),在國內(nèi)首次采用了國外流量界提出的一種理論———誤差跟蹤法 。其原理是 :在流量計(jì)的性能穩(wěn)定即重復(fù)性好的前提下 ,用計(jì)算機(jī)技術(shù)把該標(biāo)準(zhǔn)表檢定時(shí)流量標(biāo)準(zhǔn)值(相對(duì)真值)加以對(duì)應(yīng)復(fù)現(xiàn)(標(biāo)準(zhǔn)表檢定時(shí)的檢定點(diǎn)與作為標(biāo)準(zhǔn)表使用時(shí)的使用點(diǎn)相吻合),從而逐點(diǎn)消除了該表的系統(tǒng)誤差,只剩下了隨機(jī)誤差(實(shí)際是重復(fù)性誤差)表征標(biāo)準(zhǔn)表的實(shí)際準(zhǔn)確度,這樣便將名義精度等級(jí)為 1.5 級(jí)的氣體渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度提高到±0.5 %左右 。

2.3、空氣與蒸汽的換算系數(shù)的確定：
  這是影響裝置準(zhǔn)確度的一個(gè)重要因素。我們?cè)诓殚喠藝鴥?nèi)外大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上, 分別在空氣及蒸汽量裝置上 ,進(jìn)行了上百次系列實(shí)驗(yàn) ,通過對(duì)大量大不同介質(zhì)、不同流量范圍及不同測(cè)量條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 進(jìn)行了回歸處理后 ,確定了空氣一蒸汽換算的***佳換算系數(shù) ,為用渦輪流量計(jì) ,以壓縮空氣為介質(zhì)檢定蒸汽流量計(jì)提供了必要條件。

3、氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的比對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
3.1、對(duì)同一臺(tái)蒸汽流量計(jì)在該裝置上的檢定結(jié)果與在蒸汽流量檢定裝置上檢定結(jié)果的比對(duì)如表 1 所示:

(2)上表所列數(shù)據(jù)為誤差 ,***大值。
3.2、裝置主要技術(shù)參數(shù)與同類裝置的比對(duì)(與泊頭儀表廠孔板式裝置的比對(duì))見表 2 所示 。
  表 2

4、結(jié)論：
(1)用渦輪流量計(jì)做為傳遞標(biāo)準(zhǔn)的該裝置 ,具有量程寬、壓損小、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn) ,克服了其它類型裝置壓損大量程不夠的缺陷, 且造價(jià)低廉 ,其投資相當(dāng)噴咀式裝置的 20 %左右。
(2)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表的主要誤差項(xiàng)(系統(tǒng)誤差)采用誤差跟蹤法進(jìn)行了消除,大大提高了裝置測(cè)量準(zhǔn)確度。
(3)對(duì)蒸汽流量量值傳遞中的空氣一蒸汽換算系數(shù) ,由大量實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過回歸處理來確定置信度較高。因此 ,用渦輪流量計(jì)做傳遞標(biāo)準(zhǔn)的該裝置 ,在經(jīng)過上述技術(shù)處理之后, 具有精度高、性能穩(wěn)定 、造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),具有其它裝置無法比擬的特點(diǎn) 。該裝置的研制也豐富和發(fā)展了流量計(jì)量新技術(shù) 。