工业气体流量计检定设备

　　摘 要：一种由4个汞封活塞规范体积管构成的新式低流量查看设备已在荷兰*投入运用。在近于环境条件下，该设备的操作规模为2×10-5～3.5m3／h，可用于检定大规模流量计，并且基本上可用于任何气体，低流量查看设备可追溯到原始长度规范，这篇文章对检定办法也进行了评论和研讨。初步不断定度剖析给出zui小规范体积管的总不断定度约为0.20%，别的规范体积管则约为0.15%。关于高压气体流量计的检定，别离对Groningen、Bergum和Westerbork的查看设备进行了考核。终究，评论了雷诺内插法，以为当操作条件与检定条件有区别时能够运用该办法。

一、前 言

　　在曩昔的三年中，对工业气体流量计的检定请求大大添加。首要体现在以下三个方面：
　　l、用天然气进行的高压气体流量计的检定不只于涡轮气体流量计，并且还有孔板式、文丘里管式及涡流挡板式流量计。
　　2、对小型流量计的低气体流量（小于3.5 m3/h）检定，比如热式质量流量计、质量流量操控器、医疗卫生设备用的可变面积外表和查看器。
　　3、除用空气或天然气以外的气体的检定及在不一样操作条件（不一样压力或不一样气体）下的检定。
　　鉴于这些状况，荷兰*研制出一种新式的低流量查看设备，且使2台现有检定设备实现了主动化。别的，在Bergum增设高压查看设备很有必要，这已列入1993年方案傍边。
　　表1给出了荷兰对工业气体流量计进行法令判定、检定和查验的现有设备。该表供给了这些查看设备的特性，比如流量、操作压力及查看所运用的气体类型。关于所列的设备，荷兰*的合作伙伴将担任进行法令判定和颁布检定证书。除了表1中所列设备以外，配气公司和气体流量计制造厂查看设备的数量也有所添加。

二、高压查看设备

　　荷兰有几台高压流量查看设备。从检定设备或溯源性方面看，Groningen、Bergum和Westerbork的查看设备很重要。这3台设备在操作条件下的检定可用天然气作为检定介质。
1．Groningen的高压查看设备
　　Groningen的高压查看设备规划为一台研讨设备。该设备的一切者Gasunie公司运用这台设备对气体流量计、设备效应、减压器和别的设备进行研讨。被查看设备可设备在查看设备中的几个部位，构成zui合适的装备。该设备很少用于气体流量计的正常检定。但是，它对荷兰别的高压查看设备的溯源起了十分重要的效果。

　　表1 对工业气体流量计进行或合作进行法令判定、检定和查看所用的查验设备

注：除乙烯规范体积管回路流量为在线条件外，别的流量均为正常运转条件（0oC,1.01325bar）

　　坐落Groningen的查看设备，如图1所示，配有2套规范气体流量计。其间一套由10个并联的容积式（CVM）气体流量计构成。在在线条件下，每个流量计的zui大流量为400m3/h。这种容积式流量计像Bergum传递规范一样，只用于检定高规范流量计。另一套规范气体流量计是Groningen日常研讨运用的查看设备的工作规范。这套流量计是由一个zui大才干为 400 m3/h的容积式气体流量计和4个zui大才干别离为650 m3/h、1600 m3/h和2个4000 m3/h的涡轮气体流量计构成。
　　因为该设备构造的因素，可直接选用一套10个容积式流量计规范来检定工作规范。
　　在Groningen，这些容积式流量计规范一直运转在6 bar的绝压条件下。而被查验的流量计可在9～41 bar压力之间运转。当实验压力超越9 bar时，应将该压力降至查验流量计和规范之间的规模。因为压力降低，应将该气体加热到实验室温度。鉴于压力降低且气体温度应以手动操控，此刻，尤其是在低流量条件下进行检定，很耗费时刻，假如该压力降至实验流量计和规范之间规模，则气体的压缩性便起着很要害的效果。计算压缩系数，既可选用 AGA NX－19－mod算法，也可选用简化的GERG方程。因为压缩系数取决于气体的组分，因而应运用在线气相色谱仪来断定气体成分的摩尔分数。这些参数可从气体的组分计算出来，它们是压缩系数算法的输入参数。
2．Bergum的高压查看设备
　　Bergum的高压查看设备规划用于检定气体流量计。如图2所示，该查看设备与一个668MW发电厂的供气站平行摆放。该设备的操作压力规模为9～15 bar压力到达21 bar。的zui大流量为88000m3/h，而当压力在21～51 bar之间时的流量则为130000。单位标明该流量已转换为正常条件（0oC,1.01325 bar）

图1 Groningen高压查看设备平面暗示图。左边的10台容积式流量计为高压基准表。该图右侧的工作规范则用于查验

　　查看设备的规范气体流量计包含 4台zui大处理才干为 4000 m3/h的涡轮式气体流量计，一台处理才干为1000 m3/h的涡轮式气体流量计及两台处理才干别离为400 m3/h和1000 m3/h的CVM气体流量计。
　　在Bergum的设备上，规范气体流量计和被查看的流量计均在大概一样的压力条件下运转。这种做法的长处是，在检定进程中，不会发生因气体压缩系数算法而导致的别的不断定度。但它也有缺陷，即，规范气体流量计自身需求在几种不一样的压力条件下进行检定。Bergum的规范气体流量计是在9 bar、21 bar、36 bar和51 bar的压力条件下进行检定的。该规范在检定压力间的校准系数通过插值差错曲线图取得，图中制作了检定曲线与流量相对应的雷诺数曲线。
　　进人该查看设备的气体通过2个（安全）封闭阀门、一个过滤器和一个加热器后到达二级减压器。查验压力通过此减压器进行操控。在减压器之后有4条平行的查看管线。其间3条管线法兰间的长度为5.lm，而另一条查验管线法兰间的长度则为11m。这些流量计的直径能够检定，规模为50～600 mm（ANSI或DIN法兰）。
　　气体通过被查看流量计后又通过一个或几个规范气体流量计。尔后，压力降低，气体返回到电厂的供气管线。
　　在Bergum的查看设备上，对来自世界各地的气体流量计进行检定。涡流挡板流量计占检定流量计的15%摆布，剩余的则为孔板、文丘里管、喷嘴、旋涡式流量计、刺进式流量计、超声波流量计等。这些年，在Bergum查验设备进步行检定的流量计数量大大添加（每年为17%）。这充沛标明，在操作条件下检定关于气体流量计用户具有更为重要的意义。别的，孔板、喷嘴、文丘里管检定的数量也大大添加。
　　鉴于在此设备进步行检定的流量计数量很大，因而有必要常常查看规范气体流量计。在新装备的查看设备上设备了特别的查看外表，用于查看流量到达25000 m3/h的流量计。这样，便可在检守时期接连查看工作规范。每周临时刺进传递规范，查看较高流量条件下的工作规范。

图2 Bergum高压查看设备的平面暗示图。用于操控低流量的音速喷嘴用SN标明， HE为换热器

3．Westerbork的高压查看设备
　　这篇文章撰稿时，Westerbork的查看设备是世界上具有zui高流量的设备。流经该设备的天然气在大概60 bar的压力条件下zui大量为2.4×104。该设备归属于Casunie一切，有些时刻用于由Casunie进行的研讨工作，而有些时刻则用于由荷兰*进行的检定工作。该查看设备接近从Slochteren气田到Ommen混输站的两条大口径气管线（1050 mm和1200 mm）。 在校准进程中，这些输气管线中的气体流经查看设备的旁通（见图3）。 通过查验设备的流量由旁通节省进行操控。气体首要通过该设备的10个规范气体流量计。这些规范流量计为涡轮气体流量计，zui大通过才干为4000 m3/h，因而，在实践条件下的zui大通过才干为40000 m3/h。这种zui大的气体流量只需在荷兰冰冷时节，气体耗费量恰当大时才干到达。
　　该气体通过规范流量计后又流经两个查验管中的其间一条。一条查看管线用于直径到达400 mm的气体流量计。而第二条管线一般用于直径为500 mm或更大直径的流量计。在这个设备上可进行2个或3个串联流量计的校准。因为该查看设备实践上是两条首要输气管线的旁通，因而，只需在管线压力约为60 bar时方可进行校准工作。
　　曾在Westerbork校准的zui大气体流量计是两台美国的900 mm（36 in）文丘里管。1992年1月，选用约为2.0×106 的zui大气体流量对这些文丘里管进行了校准。

图3 Westerbork高压查看设备平面暗示图

三、NMi低压校准设备

　　与Westerbork十分高的流量相反，坐落Dordrecht的新式低流量查看设备特定用于校验zui大流量为3 m3/h的气体流量计。低流量设备的操作规模为2×10-5～3 m3/h。可进行校准的外表为湿式查看外表、旋转活塞流量计、质量流量操控器、可变面积流量计（转子流量计）、热质量流量计、皂膜流量计、医用呼吸设备查看器及汞密封活塞规范体积管。
　　图4给出的暗示设备包含4个汞密封活塞规范体积管，它们作为规范流量计运用；4个质量流量操控器，它们发生一个安稳的质量流量；还有一台被查看的流量计。这些规范体积管的标称容量别离为60 mL、480 mL、3500 mL和13000 mL。实质上，一个质量流量操控器包含一个操控阀，该阀构成必定的质量流量；一台热质量流量计及一个反馈体系，该体系将实践质量流量与预设质量流量相对比且对操控阀进行调理。选用热敏电阻丈量汞密封活塞规范体积管进口处及被查看流量计的温度。选用一个独自压差变送器可测出管进口及被查验流量计的压力与环境压力的差值。丈量时选用2个三通阀。过压保护设备可防止压力传感器的压差太高。
　　汞密封活塞规范体积管由一个立式准确玻璃管构成，该玻璃管具有安稳直径和一个滑润的外表，它置于一个支架上，该支架有分隔的进口和出口连接收。此玻璃管的顶部有一个开式接收，与大气相通。玻璃管内有一个活塞，它能够上下移动，此活塞为玻璃纤维复合材料。它的外侧有一个凹槽，槽内充满了汞，大大减小了玻璃管和活塞间的冲突。为了供给一个较安稳的温度，zui小的玻璃管还配备了一个水套。
　　紧挨着玻璃管，设备了五对红外线变送器和接收传感器（S0～S4）。该变送器给接收器发送已调制的红外线光，当光束被活塞中止时，则发生一个脉冲。zui低的传感器S0是一个发动传感器，它开端一个外部时刻测定。从S1～S3中选定一个中止传感器来中止时刻测定。

　　图4 Dordrecht低流量查看设备的平面暗示图。该设备包含4个汞密封活塞体积管（PP1～PP4），4个质量流量操控器（MFC1～MFC4）及一个差压变送器（△P）。序号1～19是指由计算机操作的阀门，H1和H2为手动操作阀门，S0～S4为红外线传感器，温度变送器用Ti标明

　　鉴于发动传感器与S1～S3中止传感的每一个传感器间的容积是已知的，因而可计算出流量。S4是一个安全传感器，由它翻开管子出口阀，然后放掉玻璃管中的空气。这种预防性措施可防止活塞从管中喷出且防止实验室中汞溢出。
　　选用低流量查看设备进行的校准进程如下。单个运用质量流量操控器（图4中的 MFC1～MFC4）或联合起来运用以树立一个预订的质量流量。将流量导入被查看的流量计。质量流量操控器需求三分钟安稳时刻才干树立起恰当安稳的流量。一旦安稳后，该安稳流量由被查看的流量计进行测定。然后，将该流量引进汞密封活塞规范体积管中。这时，质量流量则选用该体积管进行测定。然后，再由被查看的流量计和汞密封活塞体积管丈量一次。将这两个丈量值进行对比看看流量条件是不是满足安稳。终究，再将汞密封活塞体积管和被查看外表的读数进行彼此比对，然后计算出后者存在的差错。
　　除空气外，任何别的气体均可用来进行校准，只需接上恰当气体的汽缸即可。当全部设备*清洁后，该设备便可进行校准了。汞密封活塞体积管显示出的容积不受所选用的气体类型的影响。侧记，有腐蚀性、有毒的或反响性气体或爆炸性气体混合物则不能运用。
　　不一样质量流量之间的长安稳时刻需求一台主动化设备来操控。该设备的中心有一台个人计算机，它通过一个IEEE接口来操作数据收集和操控设备。用数据收集和操控设备来操作质量流量操控器和一切的阀，进行温度和压力丈量，并且对活塞体积管和被查看流量计的脉冲信号进行守时。主动化的别的长处是惯例校准无人值守、校准主动进行，其间4个汞密封活塞体积管还可主动进行校准值的彼此比对。

四、溯源性和校准

　　一切高压气体校准设备均可溯源至低压溯源链末端的 3.5 m3的钟罩。图 5给出了现在低压溯源链的状况。低压溯源链构成了高压溯源链的根底。每个校准过程中都列出了进行校准的压力和体积流量。值得注意的是支持3.5 m3钟罩的校准有2个独自的溯源链，*个链始于根底校验体系。可追溯到质量基准。第二个链则始于低流量查看设备，可追溯到长度基准。

图5 荷兰低压气体流量规范的溯源链。图中运送车上带圆圈标明的是传递规范

　　关于汞密封活塞体积管的校准，管式传感器间的体积容量可分两步进行。*步是在2个笔直方向，管子总长度的20个不一样的截面积来丈量管内径。这些校准是选用配有一个触形式探头的坐标丈量机进行的。该丈量办法的不断定度用双规范偏差值标明时为5μm。
　　第二步是断定开始传感器S0与中止传感器S2之间的间隔。此端头选用一个高差计。这是一个立式设备的长度刻度计，配有一个视窗，视窗上有十字丝，它能够沿着刻度移位。连接到视窗上的游标尺可用来准确读出视窗的方位。高差计和汞密封活塞体积管是并行设置的，运用视窗可读出活塞的方位。为了观测传感器开关的动力扭矩，在该传感器的输出设备上接装了一个LED（发光二极管）。这时可极小心肠将该活塞移到传感器动作的高度，然后从视窗读出该方位。按这种办法便可断定S0和S3的方位。发动传感器S0与两个别的传感器S1和 S2之间的体积容量可通过在安稳质量流量条件下对活塞S0和S1、S2及S3之间的运转时刻的彼此比对计算出来，这一过程被称为仿制。
　　这样一来，三个较大体积管中每个体积管的平均管直径、S0和S3之间的间隔及相应的丈量体积容量便可计算出来。zui小体积管的传感器间的体积容量可通过仿制尺寸上仅大于它的体积管进行断定。
从初步的不断定度剖析可取得由双规范偏差标明的下列数值。关于zui小汞环活塞体积管，该低流量查看设备的总不断定度约为0.2%；而关于别的体积管来讲则约为0.15%。

五、校准条件与操作条件有区别时

　　毫无疑问，在操作条件下进行校准是校准的*方式，但是，并不是总能用抱负的流体进行校准。关于气体流量计，大大都查看设备都选用空气进行校准，有时有压力，大都状况下是在常压条件下检定。这篇文章所述的高压查看设备是在有压力条件下选用天然气进行检定的，这关于那些将流量计用于天然气计量站的公司具有很大的优势。
　　关于选用乙烯作为检定流体的气体流量计的校准，可选用DSM和Shell的查看设备，由荷兰*对这些校准进行判定。在Dordrecht的低流量查看设备上，可选用各式各样气体进行校准。
　　对丈量蒸汽、氮气、二氧化碳、氢气等的气体流量计的校准请求在不断添加。因为选用这些气体进行大规模校准的设备并不多，因而选用另一种流体进行校准几乎是仅有的挑选，且在许多状况下是一种合理的、可代替的挑选。
　　假如活动条件能够预算出来，那么就能够在与操作条件不一样的条件下对流量计进行校准，预算活动条件所选用的参数一般为关于该流量计进口直径的雷诺数。
　　首要，将操作条件规模转换为雷诺数规模。其次，所选定的校准设备要契合所规定的雷诺数规模。然后，在不一样的压力条件下或选用不一样的气体进行校准。依据雷诺数制作流量计的差错或流出系数的曲线图。然后查看该流量计的曲线是不是与雷诺数的堆叠规模相共同。假如共同，则选用内插法从校准曲线推知操作条件的差错曲线。假如曲线图不契合，就有必要断定出是被查看流量计出毛病仍是该雷诺数不是被查看流量计恰当的检定系数。
　　该办法一般称之为雷诺内插法，可能适用于比如涡轮流量计、孔板及喷嘴之类的流量计，这些流量计在流量的雷诺数和流量计差错或流出系数之间已构成了相关性。
　　在必定精度等级规模内，规范差压流量计的雷诺特性是*的。相同，某些种类的涡轮气体流量计的特性也是已知的。在某些状况下，有必要在进行终究校准之前**行几回查验以判定该流量计的运转状况是不是契合雷诺定标系数。将来，还需求做一些工作来判定涡流挡板流量计的功能，并断定高压气体状况下超声波流量计和互补式流量计的功能。

六、结 论

　　荷兰*以汞密封活塞规范体积管作为规范对一种新式低流量查看设备进行了运转实验。该设备的长处是：
　　1、 操作规模高：2×10-5～3.5 m3/h；
　　2、 可进行许多不一样类型流量计的校准；
　　3、 该设备可选用任何气体进行校准，只需气体不是侵蚀性、有毒的、腐蚀的或爆炸性气体。
　　4、汞密封活塞体积管可进行主动操作及主动彼此对比。
　　zui小汞密封活塞体积管和三个别的体积管的初步不断定度数别离约为0.20%和0.15%。该查看设备的局限性是规范流量计的操作压力接近于环境压力。
　　关于高压和高流量条件下的校准，Bergum和Westerbork的高压查看设备可供给较高的压力规模9～60 bar和流量规模45～2.4×106 。这些设备在操作条件下选用天然气进行校准。
　　考虑到压力规模不一样及所选用的气体类型的区别，工作线路条件能够不一样于现有的校准条件。关于这些状况，可选用所谓的雷诺插值办法。这种办法可适用于流量雷诺数和外表差错或排放系数之间已树立了相关性的流量计。