孔口流量計(jì)校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法

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孔口流量計(jì)校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法

蔡勤劉敦利 / 新疆計(jì)量測(cè)試研究院

摘要通過標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制，對(duì)孔口流量計(jì)的流量和壓力修正項(xiàng)之間的關(guān)系進(jìn)行線性擬合，得到流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線并評(píng)價(jià)其準(zhǔn)確度等級(jí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了校準(zhǔn)方法的可行性和可靠性。關(guān)鍵詞孔口流量計(jì)；校準(zhǔn)方法；標(biāo)準(zhǔn)裝置；線性擬合

0　引言

新疆范圍內(nèi)石油、化工企業(yè)眾多，大大小小近百家熱電廠遍布全疆各地州。長(zhǎng)期以來，新疆的大氣環(huán)境都承受著巨大的壓力。隨著西部大開發(fā)進(jìn)程的深入和大氣環(huán)境綜合治理的加強(qiáng)，用于檢測(cè)總懸浮顆粒物的大氣環(huán)境采樣器越來越多，而其中所使用的標(biāo)準(zhǔn)器孔口流量計(jì)的計(jì)量校準(zhǔn)需求也日益增加。對(duì)此，新疆計(jì)量測(cè)試研究院建立了標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，用于對(duì)孔口流量計(jì)的校準(zhǔn)工作[1]。

1　標(biāo)準(zhǔn)裝置

1.1構(gòu)成

標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用重復(fù)性好的羅茨流量計(jì)和渦輪流量計(jì)作為主標(biāo)準(zhǔn)器，與被?？卓诹髁坑?jì)串聯(lián)在管路中，配備兩臺(tái)差壓變送器和兩臺(tái)溫度變送器，根據(jù)測(cè)量范圍選擇不同的管路[2, 3]。計(jì)算機(jī)同時(shí)采集被檢表和標(biāo)準(zhǔn)表輸出的流量信號(hào)，并分別利用壓力和溫度值對(duì)流量進(jìn)行修正，得到相應(yīng)的標(biāo)況流量，再進(jìn)行比較，得到被檢表指示流量值的示值誤差及儀表系數(shù)，通過多次測(cè)量得到被檢表的重復(fù)性[1]。

1.2技術(shù)參數(shù)

測(cè)量范圍：2～200 m3·h-1；裝置的擴(kuò)展不確定度：U = 0.5%，k = 2。

2　校準(zhǔn)方法

圖1　裝置示意圖

1）在規(guī)定的環(huán)境條件下，按HJ/T 368-2007 《標(biāo)定總懸浮顆粒物采樣器用的孔口流量計(jì)》技術(shù)要求及檢測(cè)方法[4]，將孔口流量計(jì)安裝在標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上。以空氣為校準(zhǔn)介質(zhì)進(jìn)行漏氣檢查。用橡皮墊堵住孔口流量計(jì)的孔口，開啟抽氣泵，20 s內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)應(yīng)無讀數(shù)變化，否則，需檢查漏氣位置，排除漏氣故障，直至標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)無讀數(shù)變化。取下橡皮墊，對(duì)孔口流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)[5]。

2）在孔口流量計(jì)使用流量范圍內(nèi)，均勻選取七個(gè)流量點(diǎn)。啟動(dòng)抽氣泵，調(diào)節(jié)流量至每一選取點(diǎn)附近，維持流量不變。待羅茨流量計(jì)讀數(shù)為一整數(shù)值時(shí)開始計(jì)時(shí)，并記錄羅茨流量計(jì)初始讀數(shù)Vi，讀取并記錄羅茨流量計(jì)壓差值Δp（Pa）和孔口流量計(jì)孔口的壓差值ΔH （Pa），待羅茨流量計(jì)讀數(shù)至少增加1 m3后終止計(jì)時(shí)，記錄羅茨流量計(jì)終止讀數(shù)Vf和測(cè)定時(shí)間t（min）。重復(fù)上述步驟，逐一校準(zhǔn)所選七個(gè)流量點(diǎn)。

3）計(jì)算每一校準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)狀況流量。先由羅茨流量計(jì)讀數(shù)計(jì)算孔口流量計(jì)被校點(diǎn)通過的計(jì)量體積Vm：

將每一點(diǎn)Vm值換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況體積VN：

式中：p1— 標(biāo)定現(xiàn)場(chǎng)大氣壓，Pa；

Δp — 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)入口壓差，Pa；

pN— 標(biāo)準(zhǔn)狀況大氣壓，取101 325 Pa；

TN— 標(biāo)準(zhǔn)狀況溫度，取273.15 K；

T1— 標(biāo)定現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度，K

將得到每一標(biāo)定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)狀況體積流量：

式中：t — 每一標(biāo)定點(diǎn)在標(biāo)定時(shí)測(cè)定的時(shí)間，min

4）計(jì)算每一標(biāo)定點(diǎn)孔口流量計(jì)壓差修正項(xiàng)Y：

將七組Y和QN計(jì)算值進(jìn)行線性回歸，得出線性回歸方程：

式中：A — 零點(diǎn)；

B — 增益

將各標(biāo)定點(diǎn)測(cè)量、計(jì)算的QN值代入式（5），求出計(jì)算值Ycal，再與該點(diǎn)按式（4）計(jì)算的Y值比較，求出pL：

如果任何一標(biāo)定點(diǎn)的pL值超過±2%，則需按上述規(guī)定操作，重做該點(diǎn)數(shù)據(jù)，直至滿足要求為止。不能滿足要求者，為不合格品。

3　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

對(duì)青島某公司生產(chǎn)的穩(wěn)定性良好的孔口流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，流量范圍： 80～130 L·min-1，準(zhǔn)確度等級(jí)：1級(jí)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)大氣壓p1= 93 500 Pa，環(huán)境溫度T1= 293.65 K。

將根據(jù)公式計(jì)算得到的修正項(xiàng)Y和標(biāo)態(tài)流量QN在Excel軟件中進(jìn)行線性回歸擬合，得到零點(diǎn)A=2.229 9，

增益B=0.253 7，相關(guān)系數(shù)R2=0.998 3，即擬合函數(shù)為：Ycal=0.253 7QN+ 2.229 9，如圖2所示[6]。進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果見表2。

表1　孔口流量計(jì)原始記錄

圖2　修正項(xiàng)Y和標(biāo)態(tài)流量QN的線性回歸擬合

表2　孔口流量計(jì)處理數(shù)據(jù)

由表2可以看出，7個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的pL值均未超過±1%，校準(zhǔn)結(jié)果良好。

4　結(jié)語

孔口流量計(jì)校準(zhǔn)裝置的建立，為總懸浮顆粒物采樣器用的孔口流量計(jì)校準(zhǔn)提供了技術(shù)手段，其檢測(cè)方法和技術(shù)指標(biāo)滿足國家環(huán)境保護(hù)總局HJ/T 368-2007《標(biāo)定總懸浮顆粒物采樣器用的孔口流量計(jì)》的要求。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明了該標(biāo)準(zhǔn)裝置和校準(zhǔn)方法的可行性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 全國流量容量計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG 643-2003 [S].北京：中國計(jì)量出版社，2003.

[2] 全國流量容量計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG 633-2005 [S]. 北京：中國計(jì)量出版社，2005.

[3] 全國流量容量計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG 1037-2008 [S]. 北京：中國計(jì)量出版社，2008.

[4] 國家環(huán)境保護(hù)總局HJ/T 368-2007 [S]. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[5] 宗蕙娟, 徐英華. 標(biāo)定總懸浮顆粒物采樣器用的孔口流量計(jì)校準(zhǔn)

方法的探討[J]. 現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理, 2006, 5: 15-16.

[6] 龔雪平, 丁蕓. 大流量孔口流量計(jì)的校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)處理及誤差分析[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 1997.11, Vol.11(6): 53-57.

Calibration device and method for orifice flowmeters

Cai Qin, Liu Dunli

（Xinjiang Uygur Autonomous Region Research Institute of Measurement and Testing）

Abstract:A gas flow standard facility by master meter method is developed for orifice flowmeter calibration. Through the linear fitting between flow and pressure correction term of orifice flowmeter, the flowmeter standard curve and its precision are obtained. The experiments show the feasibility and reliability of the calibration method.

Key word: orifice flowmeter; calibration method; standard device; linear fitting