20L鐘罩式氣體流量標準裝置及其測量不確定度評定

宋　進（上海市計量測試技術研究院,上海　201203）

20L鐘罩式氣體流量標準裝置及其測量不確定度評定

宋進
（上海市計量測試技術研究院,上海201203）

摘要：鐘罩式氣體流量標準裝置是最原始、最經典、也最實用的氣體流量標準裝置之一，可依據檢定規程對膜式燃氣表、浮子流量計、速度式流量計以及氣體容積式流量計等各種氣體流量儀表進行檢定。本文簡要介紹了20L鐘罩式氣體流量標準裝置的原理及結構組成，并給出使用其進行流量測量時的不確定度評定。

關鍵詞：20L鐘罩；流量標準裝置；不確定度

1　裝置結構及工作原理

20L鐘罩式氣體流量標準裝置由鐘罩本體、溫度和壓力傳感器、管路系統和控制系統四部分組成，其中鐘罩本體采用白油作為密封介質，主要結構包括鐘罩體、光電編碼器、鐘罩底座、鼓風機、平衡錘、壓力補償機構等。標準裝置工作過程：開啟鼓風機，打開氣動閥，關閉管道閥門。空氣經過導氣管進入鐘罩，使鐘罩上升。當鐘罩上升到上限擋板位置時，鼓風機停止送風，關閉氣動閥。停止一段時間，待鐘罩內壓力、溫度穩定后，打開閥門，鐘罩內氣體通過導氣管流經被檢流量計，排入大氣，鐘罩緩慢下降。在此過程中，通過記錄鐘罩內氣體的排出量和通過被檢流量計的氣體量，以鐘罩的體積量為標準值同被檢流量計的示值比較，就能確定被檢流量計的示值誤差。

2　控制系統及控制軟件

20L鐘罩式氣體流量標準裝置控制系統由計算機通過數據采集卡采集信號，主要是實現對鐘罩本體的控制，包括鐘罩內的溫度、壓力，編碼器輸出的脈沖，鐘罩的進氣和出氣閥門，鐘罩的進氣限位開關等。其中鐘罩位移的檢測是通過一只高精度的旋轉編碼器和與編碼器相連的機械傳動機構，將鐘罩的直線位移轉為編碼器的旋轉，通過測量單位容積所代表碼盤的脈沖數得到鐘罩容積與編碼器脈沖數之間的對應關系。

控制軟件采用組態軟件進行編程，可以在人機界面上實現動畫，而且還可以顯示鐘罩本體各個采集數據，用戶根據需要設定檢點的流量點，流量和檢定次數，通過采集到的鐘罩本體內的溫度壓力流量和流量計前的溫度壓力進行數據處理，然后計算出被檢流量計的示值誤差和重復性。

圖1　控制系統原理框圖

3　不確定度評定

（1）鐘罩體積本身的定值不確定度ur（Vs）的評定。采用靜態容積法對鐘罩進行檢定，則用標準金屬量器檢定得到鐘罩體積本身的定值不確定度為Ur（Vs）=0.18%，k=2，故標準不確定度Ur（Vs）=0.09%。靈敏系數為：cr（Vs）=1

（2）溫度引起的不確定度ur（θ）的評定。1）鐘罩內溫度測量引起的不確定度ur1（θ）。采用標準鉑電阻溫度計測量鐘罩內的溫度，鐘罩內氣體溫度是由鐘罩頂部和底部兩臺溫度變送器進行測量后取平均值得到的，最大允許誤差為±0.1℃，服從矩形分布，則ur1（θ）=0.2/20/=0.58%，靈敏系數為：cr1（θ）=0.068；2）實驗室溫度變化引起的不確定度ur2（θ）的評定。鐘罩式氣體流量標準裝置檢定流量計時，在檢定前后各測一次溫度，取其平均值作為計算溫度，由于實驗室環境溫度變化要求達到0.3℃/h，則一次檢定時間為1min時的溫度變化為：0.3℃/60=0.005℃，服從矩形分布，則ur2（θ）=0.005/20/=0.014%。靈敏系數為：cr2（θ）=0.068

（3）壓力測量引起的不確定度ur（p）的評定。采用絕壓變送器和差壓變送器組合測量鐘罩內的壓力值，其中絕壓變送器最大允許誤差為±10Ρа，差壓變送器最大允許誤差為±10Ρа，設鐘罩內的壓力為1000Ρа，服從矩形分布，則ur（p）=（10+1）/1000/=0.63%。靈敏系數為：cr（p）=-0.019

（4）時間不確定度的ur（t）評定。計時器采用1MHz晶振的計時器，其時間的標準相對不確定度為u（rt）=0.01%。靈敏系數為：cr（t）=-1。

表1　不確定度分析

（6）擴展不確定度評定。按正態分布，取k=2，相對擴展不確定度為：Ucrel（q）=kucrel（q）=2×0.099%=0.20%，k=2

4　結束語

20L鐘罩式氣體流量標準裝置通過傳動機構、旋轉編碼器、計算機等部件組成控制系統，并通過組態軟件編程，實現整個檢定過程地自動控制，工作效率大大提高，裝置滿足相應工作等級氣體流量計的檢定要求。

參考文獻:

[1]蘇彥勛,梁國偉,盛健.流量計量與測試[M].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.

作者簡介：宋進（1989-），男，山東臨沂人，碩士，研究方向：流量計量。