鐘罩式氣體流量標準裝置技術改造及試驗檢定

王俊濤，桑培勇

（國防科技工業4113計量站，河南 新鄉 453049）

0 引 言

鐘罩式氣體流量標準裝置是氣體流量計量的主要標準，在國內有著廣泛應用。在各計量機構中現存鐘罩多為早期制造，存在較多不足之處，如壓力不高、自動化程度低等。隨著技術不斷發展，已不能完全滿足現有氣體流量計量的需要。因此，對現有鐘罩式裝置進行技術改造，提高其技術參數及自動化程度非常必要[1-3]。

本文以某2000L鐘罩式裝置為基礎，對其實施技術改造。通過此次改造以期提高其部分性能指標，同時此次改造的完成對同類裝置后期改造具有一定的指導意義。

1 裝置簡介

本裝置基本原理結構如圖1所示。鐘罩是一個倒置的容器，上部密閉，下部開口，放于液槽中。利用鐘罩自身重量、配重及補償機構形成一個恒壓源。鐘罩內腔作為標準容器，工作時鐘罩下行推動內部氣體通過導氣管經被檢流量計排出[1]。

裝置主要性能指標如下：

流量范圍：4.7～263m3/h；

工作壓力：5320Pa；

不確定度：0.2%。

2 改造內容

2.1 工作原理

由于鐘罩工作時靠其自身重量、配重及補償機構形成壓力空氣，壓力較低，在檢定差壓式流量計及質量流量計等壓損較高的流量計時，難以滿足要求。

圖1 裝置原理圖

圖2所示為改造后原理圖。鐘罩本身不變，裝置保留原有各項功能和參數，通過增加恒壓氣源，實現反充進氣檢定法。反充實驗時，原導氣管末端與恒壓氣源相連，壓縮空氣經氣源、被檢流量計后進入鐘罩。反沖試驗工作壓力由恒壓氣源壓力控制，鐘罩只作為標準容器使用。

恒壓氣源由壓縮機、冷卻器、穩壓管和過濾器等組成。

工作壓力：0.6MPa；

最大流量：260m3/h。

圖2 改造后原理圖

2.2 多功能管路系統設計

新設計管路如圖3所示，其具有快速裝夾及正反安裝的功能。通過安裝氣動夾表器實現被檢流量計的快速安裝。有前后直管段要求的流量計，在要求正反充不同試驗要求時，可以根據需要調換表前后直管段，以滿足安裝要求。豎直安裝流量計正充試驗時，關閉截止閥10，打開截止閥7，調節三通球閥上端與橫向相通，氣體經鐘罩、水平管路、被檢流量計、三通球閥排出。反充試驗時關閉截止閥7，打開截止閥10，三通球閥上下連通，氣體經截止閥10、被檢流量計8、三通球閥9、水平管道進入鐘罩。

主管口徑：50mm；

耐壓參數：1.6MPa；

圖3 新設計管路系統

主 要 孔 徑 ：DN50，DN40，DN32，DN25，DN20，DN15，DN10。

2.3 測控系統設計

測控系統需要控制的量為

（1）直管段前后電動閥；

（2）進氣閥電動閥。

測控系統需要采集的量為

（1）壓力：鐘罩內壓力，表前表后壓力；

（2）溫度：鐘罩內溫度，被檢表處壓力；

（3）被檢表輸出信號：脈沖、電流、電壓等；

（4）環境參數：大氣壓、氣溫、大氣濕度。

測控系統采用基于PC機的自動檢定系統，系統由硬件、軟件兩部分組成。硬件部分包括PC機、檢定儀器或傳感器及接口系統，其構成如圖4所示[3]。

圖4 基于PC機自動檢定系統硬件構成

根據以上設計要求和所確定的控制采集參數，選用測控系統硬件結構如圖5所示。系統主要由各類傳感器、開關、放大器、多路開關、流量積算儀、環境參數測量儀、壓力溫度測量儀、串口擴展卡以及PC機等組成。傳感器的主要作用是通過自身的變化來感知待測物理量的變化并將待測物理量轉化為電信號；各種測量儀的作用是對傳感器傳輸的電信號進行調理，便于計算機采集，同時測量儀本身具有數字顯示功能，實時顯示被測量數值，便于監控；PC機的作用是支撐軟件系統的運行，采集試驗數據并完成數據的顯示、處理，試驗結果的保存以及試驗報表的輸出；各電磁開關、繼電器的主要作用是控制各電磁閥等的開關[3-4]。

圖5 控制及數據采集系統硬件結構

軟件開發采用C#語言，基于Visual Studio 2005平臺，在數據存儲方面采用了Access微機數據庫管理系統[5-7]。圖6為軟件的操作流程圖。登陸軟件系統后，出現兩個分支，一條分支是用戶管理，另一條是進入實驗系統。普通用戶登陸后，依次進行流量計類型選擇、系統選擇、信息輸入、試驗開始、結果輸出、退出平臺、退出系統等操作。管理員用戶登陸后，除可進行普通用戶操作，還可以進行用戶管理，包括添加、修改以及刪除用戶等。此測控系統界面友好，操作方便，可移植、可擴展性強。

3 試驗測試

在對本裝置改造完成的基礎上，對其整體進行試驗檢定。檢定內容、方法及主要結果簡述如下，包括外觀檢查、密封性試驗、壓力波動試驗、計時器檢定和標準容器檢定等[8]。

（1）外觀檢查。鐘罩、液槽和導柱安裝規范；光電發訊器、計時觸發擋板等部件安裝牢固可靠；鐘罩筒體表面無劃痕，無明顯變形，上下勻稱；閥門旋轉靈活，管路無滲漏，密封介質潔凈；控制系統操作方便，顯示清晰，反應靈敏，安全，可靠；銘牌標示清晰，外觀檢查符合規程相應條款要求，合格。

（2）密封性試驗。鐘罩升至最高位置，穩定10min及停1h后測得的相應數據如表1所示。

圖6 軟件總體流程圖

表1 穩定性數據表

試驗結果表明裝置密封性良好。

（3）壓力波動試驗

最大流量Qmax=262m3/h時，壓力波動最大值為19Pa；

最小流量Qmin=4m3/h時，壓力波動最大值為7Pa。

壓力波動符合檢定規程要求。

（4）計時器檢定。計時器檢定數據見表2。

計時器不確定度：

A類相對標準不確定度為urA1=0.003%；

B類相對標準不確定度為urB1=0.006%。

（5）標準容器檢定

此次對2000L鐘罩的檢定采用尺寸測量法，結果如表3、表4所示。

1）鐘罩標準容積 V（L）

VAB=99.387；

VBC=300.779；

VCD=500.858。

2）溫度控制檢定

鐘罩內的氣溫：12.1℃；

液槽內的水溫：12.0℃；

溫差：0.1℃。

表2 計時器檢定數據

表3 直徑測量數據

表4 擋板高度測量數據表

3）裝置合成不確定度

4 結束語

通過對此系統的改造工作壓力最高可達0.6MPa，可正反充工作。改造后裝置可以很好地滿足質量流量計等壓力損失較高流量計的工作需要。裝置測控系統運行穩定，能夠快速準確地得出試驗結果和出具試驗報告，大大提高了工作效率，減小人為誤差及試驗人員的勞動強度。經試驗檢定，本裝置改造后運行穩定可靠，各項指標滿足預期設計要求。

[1]蘇彥勛，梁國偉，盛健.流量計量與測試[M].2版.北京：中國計量出版社，2007.

[2]王自和，范砧.氣體流量標準裝置[M].北京：中國計量出版社，2005.

[3]仝衛國，李國光，蘇杰，等.計量測試技術[M].北京：中國計量出版社，2006.

[4]葉湘濱，熊飛麗，張文娜，等.傳感器與測試技術[M].北京：國防工業出版社，2007.

[5]成潔.基C#的極低功耗無線網絡溫度監測系統的上位機軟件設計[J].計算機時代，2010（9）：22-24.

[6]Powers L，Snell M.Visual Studio技術大全[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[7]顏金傳，黃平山，陳德全.Access2007從入門到精通[M].北京：電子工業出版社,2007.

[8]JJG 165—2005鐘罩式氣體流量標準裝置[S].北京：中國計量出版社，2005.