CN101694399B - 一种钟罩容积反行程标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钟罩容积反行程标定装置及方法。该装置中钟罩内空腔通过管路与密封容器的顶部连接，密封容器通过注水管路分别与小流量管路和大流量管路出口端连接，小流量管路和大流量管路的入口端均通过管路与标准量器底部上的三通阀的一个口连接，在小流量管路上设有电磁阀，在大流量管路上设有手动阀门；标准量器的底部上的三通阀另一个口通过管路与高位水箱底部连接。该方法由标准量器向密封容器内排水，进而由密封容器排气倒充入钟罩内部使钟罩提升，通过测量计算标准量器的总排水体积值可得出钟罩被标定段的容积值。本发明可实现钟罩计量容积的反行程高准确度的标定，提高以钟罩为主标准器的氦气流量标准装置的测量准确度水平。

Description

一种钟罩容积反行程标定装置及方法

技术领域

本发明属于气体流量计量技术领域，具体涉及一种高准确度的钟罩容积反行程标定装置及方法。

背景技术

钟罩式气体流量校准装置以钟罩作为主标准器，其流量测量原理为：可动的等截面圆筒形钟罩和固定的液槽构成一个容积可变的密封气腔，钟罩外壁设置有触发挡板，在液槽上固定有两个或多个光电开关用以标记计量容积，钟罩在运动过程中，触发挡板先后触发光电开关产生控制信号来控制计时装置，完成钟罩排出(或流入)特定气体量ΔV所需时间Δt的测量，由式(1)计算得到标准体积流量q_V：

$q_V=\frac{\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\Δt}}....................\left(1\right)$

式中，ΔV就是两光电开关间标记的容积。

下面对与本发明最接近的钟罩容积校准中动态质量法的具体内容进行介绍：

a)按图1所示连接好管路；

b)先打开阀门3、5和6，把换向器换向到回流管，接着启动水泵10，

关闭阀门7。待密封容器内充满水后，关闭阀门5、6和水泵10；

c)开启阀门2，将钟罩升到最高位置。关闭阀门2，打开阀门3，使钟罩与密封容器上部空间相连。待钟罩稳定后开始校准；

d)打开阀门7，使密封容器内的水以适当流量经换向器和回流管流入水池中。这时钟罩缓慢下降，当触发挡板触发上部光电开关时，光电开关发出信号使换向器换向，将水流导向到标准器中。此时，钟罩继续下降，当触发挡板触发下部光点开关时，光电信号再次使换向器换向，水又经回流管导入水池中；

e)关闭阀门7，称量排出水质量。至此完成一次校准；

f)重复c)～e)，直至完成n(n≥6)次校准。

由于常规钟罩的使用，均是用于空气流量的校准，尚无法直接用于标定氦气流量计，而氦气流量计的校准应为钟罩反行程使用，正行程的标定无法满足钟罩在反行程使用时的计量段容积准确度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高准确度的钟罩容积反行程标定装置及方法，其通过改进校准方法，实现钟罩计量容积的反行程高准确度的标定，真正模拟氦气流量标准装置的真实工作状态，进而提高以钟罩为主标准器的氦气流量标准装置的测量准确度水平。

实现本发明目的的技术方案：一种钟罩容积反行程标定装置，所述的钟罩和固定的液槽构成一个容积可变的密封空腔，钟罩内空腔通过管路与密封容器的顶部连接，其所述的密封容器通过注水管路分别与小流量管路和大流量管路出口端连接，小流量管路和大流量管路的入口端均通过管路与标准量器底部上的三通阀的一个口连接，在小流量管路上设有电磁阀，在大流量管路上设有手动阀门；标准量器底部上的三通阀的另一个口通过管路与高位水箱底部连接。

如上所述的一种钟罩容积反行程标定装置，其在钟罩上固定有触发挡板，在钟罩侧面设有固定在液槽上的顶部和底部两个光电开关，当钟罩带动触发挡板上升，触发挡板触发光电开关产生光电信号，由光电信号控制电磁阀关闭。

如上所述的一种钟罩容积反行程标定装置，其在密封容器内设有导流管，导流管顶部与密封容器顶部的与小流量管路和大流量管路出口端连接的注水管路连接，导流管底部延伸至密封容器底部中央，距底部5～10mm。

如上所述的一种钟罩容积反行程标定装置，其所述的标准量器为量入式标准量器；所述的密封容器及小流量管路和大流量管路均为玻璃透明材料。

如上所述的一种高准确度的钟罩容积反行程标定装置，其在高位水箱底部出口端管路上设有手动阀门；在密封容器与小流量管路和大流量管路相连接的注水管路上设有手动阀门；在密封容器底部出口端管路上设有手动阀门；在密封容器顶部通向钟罩内部的管路上设有手动阀门。

本发明所述的一种钟罩容积反行程标定方法，其该方法由标准量器向密封容器内排水，进而由密封容器排气倒充入钟罩内部使钟罩提升，通过测量计算标准量器的总排水体积值可得出钟罩被标定段的容积值。

本发明所述的一种钟罩容积反行程标定方法，其按照上述的装置连接好管路，然后按如下步骤进行：

(1)标准量器内的水通过小流量管路排入至密封容器内；

(2)密封容器内水位上升，密封容器上部的气体从顶部管路排出至钟罩内部空腔，使钟罩上升；

(3)当钟罩上升带动触发挡板上升触发到底部光电开关时，产生光电信号控制小流量管路上的电磁阀关闭；

(4)通过高位水箱向标准量器内补水，记录初始水量，然后手动打开大流量管路上的手动阀门，标准量器内的水通过大流量管路排入至密封容器内；当钟罩上升带动触发挡板离开底部光电开关后，小流量管路上的电磁阀打开；

(5)随着钟罩继续上升，带动触发挡板继续上升，当触发挡板接近顶部光电开关时，手动关闭大流量管路上的手动阀门；

(6)当钟罩带动触发挡板继续上升，触发到顶部光电开关时，产生光电信号控制电磁阀关闭；

(7)将标准量器内剩余的水排出，记录剩余水量，通过计算可知注入密封容器内的水体积值，即钟罩被标定段的容积值。

如上所述的一种钟罩容积反行程标定方法，其在步骤(1)进行前，先通过标准量器向密封容器内注水及密封容器的排水使密封容器及各段管路充分浸湿。

本发明的效果在于：

本发明针对现有校准方法不能满足氦气流量校准装置的校准的问题，采用了反行程标定方案。采用由标准量器向密封容器内排水，进而由密封容器排气倒充入钟罩使之提升的标定方案，尽可能使校准过程符合实际工作过程，提高校准结果可信度。通过小流量管路和大流量管路向密封容器注水，实现进行快、慢速结合的水排气方式(钟罩运动启、停位置附近为慢速，中间运行段为快速)，提高了光电定位精度，减小了两次关阀动作的不一致性可能引入的测量误差，且缩短了标定时间，减小了标定过程中环境温度的影响。针对现有标准量器不能满足氦气流量校准装置主标准器容积动态反行程标定问题，采用量入式标准量器量出使用结合冗余水质量称量的方案。

本发明的反行程标定装置，通过小流量管路和大流量管路向密封容器注水，以电磁阀代替换向器，采用起始和终止两个光电开关信号为关阀控制的校准方案，消除了常规动态校准时换向器开、关速度不一致性带来的校准误差；密封容器及管道均为玻璃透明材料，部件垂直布置，层次分明，便于管道排气及提高排水速度，提高了校准重复性和稳定性；密封容器内增设导流管，保证了在注水过程中液面平稳上涨，避免了溅水以及器壁上留有微小气泡现象的发生，进一步提高了校准准确度；

通过采用本发明涉及到的方法及装置，50L段的容积测量结果重复性为0.013％，5L段的容积测量结果重性为0.048％，装置的流量测量扩展不确定度达到0.03％～0.1％(k＝2)，准确度达到了0.1级，同尺寸大小的钟罩能达到如此高准确度等级在国内外尚属领先。

附图说明

图1传统动态质量法钟罩容量校准装置示意图；

图2本发明所述的钟罩容积反行程标定装置示意图；

图中：1-钟罩；2、3、5、6、7-阀门；4-密封容器；8-换向器；9-回流管；10-水泵；11-称量容器；12-称重设备；13-水池；14-高位水箱；26-三通阀；16-称重容器；17-电子天平；18-电磁阀；19-小流量管路；15、20、23、28、29-手动阀门；21-密封容器；22-导流管；24-标尺；25-标准量器；27-大流量管路；30-钟罩；31-顶部光电开关；32-触发挡板；33-底部光电开关；34-液槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种钟罩容积反行程标定装置及方法作进一步描述。

如图2所示，本发明所述的一种钟罩容积反行程标定装置，由钟罩30和固定的液槽34构成一个容积可变的密封空腔，在钟罩30上固定有触发挡板32，在钟罩30侧面设有固定在液槽上的顶部和底部两个光电开关31、33。钟罩30内密封空腔通过管路与密封容器21的顶部连接，在该管路上设有手动阀门29。在密封容器21底部出口端管路上设有手动阀门23，在密封容器21内设有导流管22，导流管22底部延伸至密封容器21底部中央(距底部5～10mm)，导流管22顶部与向密封容器21内注水的注水管路一端连接，小流量管路19和大流量管路27出口端均连接在该注水管路另一端，在注水管路上设有手动阀门20。在小流量管路19上设有电磁阀18，在大流量管路27上设有手动阀门28。小流量管路19和大流量管路27的入口端均通过管路与量入式标准量器25底部上的三通阀26的一个口连接，标准量器25的底部上的三通阀26另一个口通过管路与高位水箱14底部连接，在该管路上设有手动阀门15。

上述的密封容器21及小流量管路19和大流量管路27均为玻璃透明材料，其中大流量管路通径是小流量管路通径的5倍左右。软连接处为硅胶管，部件垂直布置，层次分明。

本发明所述的一种钟罩容积反行程标定方法，其由标准量器24向密封容器21内排水，进而由密封容器21排气倒充入钟罩30内部使钟罩30提升，通过测量计算标准量器25的总排水体积值可得出钟罩被标定段的容积值。该方法具体如下：

(1)标准量器25内的水通过小流量管路19排入至密封容器21内；

(2)密封容器21内水位上升，密封容器21上部的气体从顶部管路排出至钟罩30内部空腔，使钟罩30上升；

(3)当钟罩30上升带动触发挡板32上升触发到底部光电开关时，产生光电信号控制小流量管路19上的电磁阀18关闭；

(4)通过高位水箱14向标准量器25内补水，记录初始水量，然后手动打开大流量管路27上的手动阀门28，标准量器25内的水通过大流量管路27排入至密封容器21内；当钟罩30上升带动触发挡板32离开底部光电开关时，小流量管路19上的电磁阀18打开；

(5)随着钟罩30继续上升，带动触发挡板32继续上升，当触发挡板32接近顶部光电开关31时，手动关闭大流量管路27上的手动阀门28；

(6)当钟罩30带动触发挡板32继续上升，触发到顶部光电开关31时，产生光电信号控制电磁阀18关闭；

(7)将标准量器25内剩余的水排出，记录剩余水量，通过计算可知注入密封容器21内的水体积值，即钟罩被标定段的容积值。

下面结合附图2对本发明所述的钟罩容积反行程标定方法作进一步描述。

(1)排气、预运行：操作三通阀26，打开手动阀门15，使标准量器25与左侧的高位水箱14相通，从高位水箱14相标准量器25内注水至满。关闭手动阀门15，再次操作三通阀26，使标准量器与右侧小流量管路19和大流量管路27相通，打开电磁阀18和手动阀门28、29，使水流入密封容器21中，如此循环几次，使各段管路充满水，以排尽其中空气，并使各壁充分浸湿，关闭所有阀门；

(2)操作三通阀26，使标准量器25与左侧的高位水箱14相通，向标准量器25内注入适当量的水(保证步骤3中电磁阀18关断、水停止注入后标准量器内剩余水量约为待标定段容积的0.5％左右)，通过钟罩内的排气或充气调好钟罩位置，留出预备段(使钟罩上触发挡板32离开底部光电开关33位置约1cm即可)；

(3)操作三通阀26，使标准量器25与右侧小流量管路19和大流量管路27相通，打开手动阀门20，此时由于电磁阀18处于接通状态，水便由标准量器25注入密封容器21，钟罩30随之升起，待触发挡板32上升至底部光电开关33位置时，光电信号控制电磁阀18关断，水停止注入，关闭手动阀门20；

(4)操作三通阀26，使标准量器25与左侧的高位水箱14相通，补水至标准量器25计量起始液位(由标尺24可读出标准容积值，此液位的容积应多出被校段容积的0.5％左右的余量)，并记录初始容积值；

(5)操作三通阀26，使标准量器25与右侧小流量管路19和大流量管路27相通，打开手动阀门20，然后打开手动阀门28以大流量注水使钟罩30继续上升，待触发挡板32离开底部光电开关33时，电磁阀18也随即打开，此时水通过大流量管路27和小流量管路19同时向密封容器21内注水。待触发挡板32距顶部光电开关31位置1cm左右时，关断手动阀门28，此时水仅通过电磁阀18继续流入密封容器21中，当触发挡板31触发顶部光电开关31时，光电信号再次控制电磁阀18关断，钟罩30停止上升；

(6)操作三通阀26，将标准量器25内剩余的水排入到称重容器16中，用电子天平17称出余水质量，通过计算可知注入密封容器21内的水体积值，即钟罩被标定段的容积值。

(7)打开手动阀门23，排出密封容器21中的水，同时钟罩下降，钟罩内部的气体被置换到密封容器21内，(注意：不要排空，保证密封容器内内外气体不交换)，然后关闭之，至此，完成一次校准；

重复上述步骤(2)～(7)，共六次，直至完成待标定段容积的校准。

在重复标定过程中，重复使用罩内封闭气体，避免了常规标定中，钟罩内湿空气与外界环境干空气频繁交换现象，消除了液体蒸发作用对标定结果的影响，提高了容积校准准确度；

通过预先控制标准量器中的补水量，保证标定过程中在两次电磁截止阀关闭的瞬间，标准量器内的水位基本一致，以消除由于水位高度的不同导致电磁截止阀在初始状态和最终状态由于水流速度的不同所产生的校准误差，进一步提高了测量准确度。

Claims (5)

1.一种钟罩容积反行程标定装置，所述的钟罩(30)和固定的液槽(34)构成一个容积可变的密封空腔，钟罩(30)内空腔通过管路与密封容器(21)的顶部连接，其特征在于：所述的密封容器(21)通过注水管路分别与小流量管路(19)和大流量管路(27)出口端连接，小流量管路(19)和大流量管路(27)的入口端均通过管路与标准量器(25)底部上的三通阀(26)的一个口连接，在小流量管路(19)上设有电磁阀(18)，在大流量管路(27)上设有手动阀门(28)；标准量器(25)的底部上的三通阀(26)另一个口通过底部出口端管路与高位水箱(14)底部连接；在钟罩(30)上固定有触发挡板(32)，在钟罩(30)侧面设有固定在液槽上的两个光电开关即顶部光电开关(31)和底部光电开关(33)，标准量器(25)内的水通过小流量管路(19)排入至密封容器(21)内；

密封容器(21)内水位上升，密封容器(21)上部的气体从顶部管路排出至钟罩(30)内部空腔，使钟罩(30)上升；当钟罩(30)上升带动触发挡板(32)上升触发到底部光电开关(33)时，产生光电信号控制小流量管路(19)上的电磁阀(18)关闭；

通过高位水箱(14)向标准量器(25)内补水，记录初始水量，然后手动打开大流量管路(27)上的手动阀门(28)，标准量器(25)内的水通过大流量管路(27)排入至密封容器(21)内；当钟罩(30)上升带动触发挡板(32)离开底部光电开关(33)后，小流量管路(19)上的电磁阀(18)打开；随着钟罩(30)继续上升，带动触发挡板(32)继续上升，当触发挡板(32)接近顶部光电开关(31)时，手动关闭大流量管路(27)上的手动阀门(28)；当钟罩(30)带动触发挡板(32)继续上升，触发到顶部光电开关(31)时，产生光电信号控制电磁阀(18)关闭。

2.根据权利要求1所述的一种钟罩容积反行程标定装置，其特征在于：在密封容器(21)内设有导流管(22)，导流管(22)顶部与密封容器(21)顶部的与小流量管路(19)和大流量管路(27)出口端连接的注水管路连接，导流管(22)底部延伸至密封容器(21)底部中央，距底部5～10mm。

3.根据权利要求1所述的一种钟罩容积反行程标定装置，其特征在于：所述的标准量器(25)为量入式标准量器；所述的密封容器(21)及小流量管路(19)和大流量管路(27)均为玻璃透明材料。

4.根据权利要求1所述的一种钟罩容积反行程标定装置，其特征在于：在高位水箱(14)底部出口端管路上设有手动阀门(15)；在密封容器(21)与小流量管路(19)和大流量管路(27)相连接的注水管路上设有手动阀门(20)；在密封容器(21)底部出口端管路上设有手动阀门(23)；在密封容器(21)顶部通向钟罩(30)内部的管路上设有手动阀门(29)。

5.一种钟罩容积反行程标定方法，其特征在于：该方法由标准量器(25)向密封容器(21)内排水，进而由密封容器(21)排气倒充入钟罩(30)内部使钟罩(30)提升，通过测量计算标准量器(25)的总排水体积值可得出钟罩被标定段的容积值；具体为按照权利要求1所述的装置连接好管路，然后按如下步骤进行：

(1)标准量器(25)内的水通过小流量管路(19)排入至密封容器(21)内；

(2)密封容器(21)内水位上升，密封容器(21)上部的气体从顶部管路排出至钟罩(30)内部空腔，使钟罩(30)上升；

(3)当钟罩(30)上升带动触发挡板(32)上升触发到底部光电开关(33)时，产生光电信号控制小流量管路(19)上的电磁阀(18)关闭；

(4)通过高位水箱(14)向标准量器(25)内补水，记录初始水量，然后手动打开大流量管路(27)上的手动阀门(28)，标准量器(25)内的水通过大流量管路(27)排入至密封容器(21)内；当钟罩(30)上升带动触发挡板(32)离开底部光电开关(33)后，小流量管路(19)上的电磁阀(18)打开；

(5)随着钟罩(30)继续上升，带动触发挡板(32)继续上升，当触发挡板(32)接近顶部光电开关(31)时，手动关闭大流量管路(27)上的手动阀门(28)；

(6)当钟罩(30)带动触发挡板(32)继续上升，触发到顶部光电开关(31)时，产生光电信号控制电磁阀(18)关闭；

(7)将标准量器(25)内剩余的水排出，记录剩余水量，通过计算可知注入密封容器(21)内的水体积值，即钟罩被标定段的容积值。

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