在測量流量<20m3/h的過程中,濕式氣體流量計(jì)(以下簡稱濕式表、儀表)以其無泄漏的特點(diǎn)和**的測量穩(wěn)定性,得到廣泛的應(yīng)用和快速 的發(fā)展。荷蘭NMi建立以濕式表為傳遞標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)的流量測量裝置[1],開展對鐘罩校準(zhǔn)測量和膜式燃?xì)獗淼男褪綑z驗(yàn)。德國PTB以濕式表為標(biāo)準(zhǔn)表,開 展對小喉徑臨界流噴嘴流出系數(shù)的校準(zhǔn)。我國越來越多的強(qiáng)檢機(jī)構(gòu)和燃?xì)庥镁咧圃鞆S,依據(jù)膜式燃?xì)獗碛?jì)量檢定規(guī)程[2]、燃具實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)裝置配備要求[3], 建立以濕式表為標(biāo)準(zhǔn)表的計(jì)量裝置。
濕式表屬于定排量容積式流量計(jì)[4],上上等流量標(biāo)準(zhǔn)對其校準(zhǔn)時(shí)一般要按照濕式表的整回轉(zhuǎn)數(shù)倍體積進(jìn)行校準(zhǔn)[5]。但濕式表在使用時(shí),單次測量 累積流量一般不是整回轉(zhuǎn)數(shù)倍體積。當(dāng)測量體積較少時(shí),測量誤差增大,定排量容積式流量計(jì)存在回轉(zhuǎn)誤差這一缺點(diǎn)就顯露出來了。因此,如何確定儀表回轉(zhuǎn)誤差, 或設(shè)置相關(guān)條件控制回轉(zhuǎn)誤差就值得研究和探討。
1 結(jié)構(gòu)與測量原理
濕式表由外殼體、轉(zhuǎn)筒、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)及表盤等組成。濕式表的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
殼體內(nèi)盛有低黏度油或清水作為封液,轉(zhuǎn)筒直徑的3/5浸入在液體中,封液隨氣體流入和流出作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)筒呈圓筒形,被若干葉片(通常為 3~5片)分隔成互不通氣、理論容積相等的曲折計(jì)量容腔,轉(zhuǎn)軸水平擱置在前后外殼端蓋中心。轉(zhuǎn)筒后端蓋與葉片組成一個(gè)進(jìn)氣室,開口處是計(jì)量腔的進(jìn)氣口,前 端面葉片開口處是計(jì)量腔的排氣口。外殼頂部有一組儀表水平基準(zhǔn)器,側(cè)面設(shè)有液位高度基準(zhǔn)器。工作時(shí),利用進(jìn)出口間的氣體壓差力,推動(dòng)轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)。夾裝在轉(zhuǎn)筒 主軸上的指針和主動(dòng)齒輪隨轉(zhuǎn)筒同步轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)一定速比的從動(dòng)齒輪傳動(dòng),將轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)次數(shù)轉(zhuǎn)換成容積,由機(jī)械計(jì)數(shù)器累積計(jì)量。高精度濕式表還配裝溫度計(jì)、壓力 計(jì)、數(shù)字信號(hào)接口。
圖2為濕式表工作原理圖,數(shù)字1、2、3、4為四個(gè)鼓輪計(jì)量腔的編號(hào)。計(jì)量腔離開水面是進(jìn)氣開始,浸入水中時(shí),隨著浸入深度的增加而不斷地把氣體排擠出去。
2 誤差特性
2. 1 示值誤差特性
流量示值誤差是濕式表的重要計(jì)量特性。儀表采用液體密封,無泄漏流量存在,其流量示值誤差特性曲線與其他氣體容積式流量計(jì)特性曲線有顯著差別。流量越大,表內(nèi)液位差也越大,計(jì)量腔體積增大,示值誤差趨負(fù)值。圖3為流量示值誤差曲線示意圖。
由圖3可知,當(dāng)小于公稱流量Qn時(shí),液位趨于恒定,誤差特性曲線呈近似于平直的理論曲線[6],儀表**度幾乎可校準(zhǔn)到傳遞標(biāo)準(zhǔn)的相同量級(jí).
2. 2 回轉(zhuǎn)誤差特性
回轉(zhuǎn)誤差是指轉(zhuǎn)筒在循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中的示值偏差。它反映組成轉(zhuǎn)筒的若干個(gè)計(jì)量腔的空間體積的一致程度,即輸出體積對應(yīng)均勻分布的儀表表盤或 編碼盤(脈沖輸出)的線性度。轉(zhuǎn)筒循環(huán)一個(gè)周期間,回轉(zhuǎn)誤差周期性地出現(xiàn)一次,僅與轉(zhuǎn)角有關(guān)?；剞D(zhuǎn)誤差是系統(tǒng)偏差,轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)一整圈(360°)的示值誤差 f(Q)只與流量大小有關(guān)(當(dāng)然還與封液水平調(diào)整等有關(guān))。參照文獻(xiàn)[7],對轉(zhuǎn)角為Ф的儀表示值修正f(Q)后,得到的回轉(zhuǎn)誤差為:
轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)過dΦ角度,儀表示值累加dA為:
函數(shù)s(Ф)與計(jì)量腔的幾何形狀相關(guān)。若計(jì)量腔相互間幾何形狀*一致, s(Ф)=U/(2π)為常數(shù), dA=dV*。實(shí)際中,各計(jì)量腔間的幾何尺寸存在差異,但經(jīng)分析后得出,這個(gè)差異可忽略。對式(5)積分得:
設(shè)轉(zhuǎn)筒的初始轉(zhuǎn)角位置Ф=0、儀表示值A(chǔ)=0、參比體積V*=0,定義此時(shí)的回轉(zhuǎn)誤差Fp(0)= 0。儀表示值和參比體積都是轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)角的函數(shù),Fp(Ф)值在轉(zhuǎn)筒每一循環(huán)中重復(fù)出現(xiàn)一次,周期2π。任意兩位置Ф1和Ф2之間的回轉(zhuǎn)誤差為:
初始位置Ф1和終止位置Ф2表明回轉(zhuǎn)誤差僅與轉(zhuǎn)角有關(guān),與轉(zhuǎn)了多少圈無關(guān),和Fp(Ф)在兩角度之間的曲線也無關(guān)。
3 實(shí)驗(yàn)分析
本實(shí)驗(yàn)選用0. 05級(jí)活塞式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,兩臺(tái)濕式表的準(zhǔn)確度等級(jí)均為0.2級(jí)。1號(hào)實(shí)驗(yàn)表的型號(hào)為25L/r、回轉(zhuǎn)體積為25L、脈沖體積當(dāng)量為0.025L /P、封液介質(zhì)為2號(hào)白油,制造商為荷蘭愛拓利。2號(hào)實(shí)驗(yàn)表的型號(hào)為SQ-10、回轉(zhuǎn)體積為10 L、脈沖體積當(dāng)量為0.01L/P、封液介質(zhì)為5號(hào)白油,制造商為四川三協(xié)儀器儀表有限公司。
試驗(yàn)按10個(gè)均分點(diǎn),每一點(diǎn)測量3次,取其平均值。修正試驗(yàn)流量下的示值誤差后,回轉(zhuǎn)誤差如表1所示。
從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知,采用整回轉(zhuǎn)體積測量,無回轉(zhuǎn)誤差;測量越接近整回轉(zhuǎn)體積,回轉(zhuǎn)誤差越小。實(shí)驗(yàn)用兩臺(tái)表的準(zhǔn)確度等級(jí)相同,但其回轉(zhuǎn)誤差優(yōu)劣相差很大。若按回轉(zhuǎn)誤差值計(jì)算儀表示值相對誤差,結(jié)果將呈現(xiàn)相對誤差超過儀表準(zhǔn)確度等級(jí)對應(yīng)的*大允許誤差。
考慮到氣體計(jì)量易受溫度、壓力的影響,測量時(shí)間不宜過長。從工作效率而言,測量體積也應(yīng)盡可能的小。一種有效的辦法就是使用整回轉(zhuǎn)數(shù)測量,但實(shí) 踐中很難做到。根據(jù)儀表回轉(zhuǎn)誤差的大小規(guī)定其*小測量體積,不失為一種有效控制測量誤差的辦法。濕式表的體積讀數(shù)與轉(zhuǎn)角成正比,實(shí)際測量時(shí)的參數(shù)是體積而 不是轉(zhuǎn)角Ф,根據(jù)式(6)有:
不同的濕式表有不同的回轉(zhuǎn)誤差曲線;同一濕式表若指針安裝位置改變,回轉(zhuǎn)誤差曲線也改變。根據(jù)所得回轉(zhuǎn)誤差FP(Ai)、*大和*小回轉(zhuǎn)誤差以及指針的相對位置(讀數(shù)Ai),按式(7)所表達(dá)的極值差,可知出現(xiàn)誤差*大(*大回轉(zhuǎn)誤差)的位置,即:
若要求濕式表回轉(zhuǎn)誤差不超過0. 25%、規(guī)定相鄰U/10刻度值之間的偏差不超過10%,那么允許*小測量體積為:
*少回轉(zhuǎn)圈數(shù)為:
由表1知,1號(hào)流量表的允許*小測量體積、*少回轉(zhuǎn)圈數(shù)、相鄰刻度間的偏差分別為:
濕式表相臨間的回轉(zhuǎn)誤差較大,不滿足式(11)。
2號(hào)流量表的偏差計(jì)算如下:
4 結(jié)束語
濕式氣體流量計(jì)的誤差特性曲線是指流量示值誤差校準(zhǔn)曲線和回轉(zhuǎn)誤差特性曲線。制造商明示的儀表準(zhǔn)確度等級(jí),通常是指使用整回轉(zhuǎn)測量時(shí)的測量精 度。相同準(zhǔn)確度等級(jí)的儀表,回轉(zhuǎn)誤差優(yōu)劣有可能相差很大,建議對該類流量計(jì)的校準(zhǔn)應(yīng)增加回轉(zhuǎn)誤差試驗(yàn)項(xiàng)目,在測量不確定度評定時(shí)不應(yīng)遺忘該分量。濕式氣體流量計(jì)的使用特點(diǎn)是整回轉(zhuǎn)體積使用,整回轉(zhuǎn)體積測量有困難時(shí),可依據(jù)回轉(zhuǎn)誤差的大小,規(guī)定其*小測量體積,以控制儀表回轉(zhuǎn)誤差引入的測量誤差。
