CN203949715U - 气体微小流量计在线校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气体微小流量计在线校准装置，该装置包括恒流量装置、标准流量传感器以及校准管路；被校准气体微小流量计置于恒流量装置与标准流量传感器之间；恒流量装置通过校准管路依次接入被校准气体微小流量计以及标准流量传感器。本实用新型提供了一种校准结果可靠的气体微小流量计在线校准装置。

Description

气体微小流量计在线校准装置

技术领域

本实用新型属于气体微小流量计量领域，涉及一种能够检测多种气体的气体微小流量计在线校准装置，尤其涉及一种用于对IPSEN低压渗碳炉气体(乙炔气体)质量流量控制器进行在线校准的装置。

背景技术

目前大多数单位采用标准流量计校准***，即采用被检表与标准表相比较的人工读数法，校准过程需要反复读数、记录数据、调节流量、计算误差，存在着人为读数误差(0.16％)，从而增加了整个校准装置的总不确定度(0.5％)；另外，国内外普遍采用以“组态王”为工控软件的自动校准***，自动采集被检表及标准表的信号，由计算机自动完成数据采集处理、误差计算，从而大大降低了人为误差，提高了工作效率。

由于IPSEN低压渗碳炉气体质量流量控制器是工业用流量测试及反馈控制***，不易拆卸送检，且国内气体流量校准装置都是大型固定的检定/校准装置，不宜到现场对IPSEN低压渗碳炉质量流量控制器进行校准，并且校准介质是乙炔气体，国内没有乙炔介质校准装置。国内只有实验室钟罩校准装置、大流量音速喷嘴校准装置，且介质只有空气，属国家气体流量量传基准，不易便携，使用不便。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种校准结果可靠的气体微小流量计在线校准装置。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种气体微小流量计在线校准装置，其特殊之处在于：所述气体微小流量计在线校准装置包括恒流量装置、标准流量传感器以及校准管路；被校准气体微小流量计置于恒流量装置与标准流量传感器之间；所述恒流量装置通过校准管路依次接入被校准气体微小流量计以及标准流量传感器。

上述恒流量装置包括输入端恒定流量控制阀，所述输入端恒定流量控制阀通过校准管路依次接入待校准气体微小流量计以及标准流量传感器。

上述恒流量装置包括输出端恒定流量控制阀，所述标准流量传感器通过校准管路接入输出端恒定流量控制阀。

上述气体微小流量计在线校准装置还包括分别设置在标准流量传感器两侧并设置校准管路上的压力计以及温度计。

本实用新型的优点是：

本实用新型所提供了一种气体微小流量计在线校准装置，该装置的最初目的只是为解决公司一分部IPSEN低压渗碳炉乙炔气体质量流量计在线校准，现本实用新型所提供的装置也可实现实验室仿真工况条件(压力、温度)原介质流量校准、标定工作，可开展14种气体流量精确测量及气体流量控制，应用于气密性试验泄露量测量、零件渗碳、渗氮气体(乙炔、氮气、氨气)流量控制，氩弧焊接过程气体流量控制、还应用于容器、管道气体置换流量控制(天然气、油液混合气)，原介质气体浮子流量计校验与标定。

附图说明

图1是本实用新型所提供的气体微小流量计在线校准装置原理示意图；

图2是本实用新型所提供的气体微小流量计在线校准装置的气路模型示意图；

其中：

1-被校准气体微小流量计；2-压力计；3-标准流量传感器；4-阀门；5-温度计；6-气源；7-第一针阀；8-第一差压阀；9-气容；10-第二针阀；11-第二差压阀。

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供了一种气体微小流量计在线校准装置，该气体微小流量计在线校准装置包括恒流量装置、标准流量传感器3、校准管路以及阀门4；被校准气体微小流量计1置于恒流量装置与标准流量传感器3之间；横流量装置通过校准管路依次接入被校准气体微小流量计1以及标准流量传感器3。

恒流量装置包括输入端恒定流量控制阀，输入端恒定流量控制阀通过校准管路依次接入被校准气体微小流量计1以及标准流量传感器3。

恒流量装置包括输出端恒定流量控制阀，标准流量传感器3通过校准管路接入输出端恒定流量控制阀。

气体微小流量计在线校准装置还包括分别设置在标准流量传感器3两侧并设置校准管路上的压力计2以及温度计5。

本实用新型所提供的气体微小流量计在线校准装置的关键在于现场流量测量和流量控制；对于气体微小流量计在线校准装置中流量源稳定性的控制(压力控制)、温度的控制、测量方法的选择、标准流量计的选择以及数据的处理是流量测量***的关键。

本实用新型的工作原理是：将标准流量传感器3作为主标准器，同时配备现场校准管路，温度计5、压力计2等部件构成，将其串入待校准气体微小流量计1，使流体连续流过待校准气体微小流量计1和标准流量传感器3，用比较法确定被测流量测量***的误差。

本实用新型所采用的恒流量装置的原理是：从流体力学的角度来说，气体小流量控制是利用某种装置在气体气压回路中造成一种局部阻力，并通过改变局部阻力的大小，达到调节流量变化为目的的一种控制方法。流量控制阀是采用该原理通过改变阀的流通面积来实现流量(或流速)控制的。针阀属于流量控制阀中的一种，一般设置在回路中，以控制所通过的气体流量。

恒流量装置设计的理论基础是流体力学，设计对象是在亚声速区流动的可压缩性气体；气体正压力变化的同时，体积随之改变的性质称为气体的压缩性，当节流阀的前后压力满足时，气体流速是在亚声速区；可压缩性气体流速在亚声速区时，通过节流小孔的流量公式：

$Q=234S\sqrt{{\mathrm{\Δpp}}_1}\sqrt{\frac{273}{T}}$

式中：Q-----自由(基准)状态流量(大气压力：0.101325MPa)，m3/min；T-----气体绝对温度，K；

S----针阀的流通面积，m²；

p1，p2----针阀前后压力，MPa；

Δp----针阀前后端压差，MPa；Δp＝p₁-p₂。

从该流量公式不难看出，只要保证针阀前(或后)端压力和前后端压差恒定，就可以实现通过节流阀的流量恒定。

气体现场流量检定校准装置需要恒定的气体流体(包括管道输入、输出需要恒定的进出口压力；温度和不可压缩管道气容)，因此将其气路模型设计成如图2所示的结构(其中，第一针阀7以及第一差压阀8构成输入端压力恒定的恒流量装置；第二针阀10以及第二差压阀11构成输出端压力恒定的恒流量装置；输入端压力恒定的恒流量装置通过气容9与输出端压力恒定的恒流量装置相连，气源6输入至输入端压力恒定的恒流量装置)，通过输入端压力恒定的恒流量装置对气体现场流量装置充气(即加压过程)，通过输出端压力恒定的恒流量装置对气体现场流量装置放气(即减压过程)，为了便于分析和研究问题，特作如下假设：

(1)在常温常压下，把所研究的工作介质看成理想气体，理想气体状态方程PV＝mRT也适用与描述流动气体微团内各气体状态参数间的关系；

(2)气体流动过程为等熵(可逆绝热)过程，密闭容腔充放气时气体与外界无热量交换，即视为绝热过程；(将气体现场流量校准装置校准管路设计的尽量短)

(3)气体经过阀口流动时忽略粘性阻力的影响，并可以认为气体温度变化对其特性影响很小，即视为等熵绝热过程；(将气体现场流量校准装置校准管路内腔焊点及连接过度部分做的光滑，无毛刺)

(4)认为***在充放气过程中无凝结现象产生；(将气体现场流量校准装置校准管路设计的尽量短)

(5)忽略各处的泄露。

由以上假设可知，定体积的现场流量校准管路的气容C是一定的，通过目标压力p_t与气容内的原压力p的差Δp_t可以计算出需要充入或放出的气体质量Δm：

$\mathrm{\Δm}=C^{{\mathrm{\Δp}}_t}$

由于单位时间内通过恒流量装置的自由状态气体的体积流量是一定的，又因为是等熵过程，所以气体的密度也是已知的，故质量流量也是一定的。只要控制恒流量装置的充放气时间就可以实现目标压力。

试验验证

将气动元件按照图2所示的气路模型连接起来，用DRUCK的DPI610数字压力计监测气容压力，用秒表记录时间，在气源压力为2.0MPa、一定针阀开度下进行试验，验证恒流量装置的恒流量特性，试验数据如表1所示。

表1试验数据

数字压力计示数/MPa	经历时间/S	平均速度/kPa/s
			0～0.515	14	36.8
0.515～1.017	14	35.9
			1.017～1.505	13	37.5
1.505～2.017	14	36.6
			2.017～1.498	15	-34.6
1.498～0.988	15	-34.0
			0.988～0.486	15	-33.5
0.486～0	15	-32.4

从试验数据可以看出，在气源压力和大气压力恒定的条件下，恒流量裝置具有恒流量特性。

从以上论述可以证明：要保证现场微小流量测量的准确度可靠，必须要求现场流量校准装置进口与出口气体压力差的相对恒定。不难想象到只需要将现场流量校准装置假设为一个气容装置，那么就是一个现场比较法微小流量测量***的最佳假设。

气体现场流量校准装置进行了现场验收，并进行了现场调试，调试合格后进行了IPSEN低压渗碳炉气体质量流量计现场校验。其校准数据如下：

IPSEN低压渗碳炉气体质量流量计校准数据及评价结果：

以上测试结果表明：

该研制装置工作稳定，三次测试数据重复性符合技术要求(0.3％)；该研制装置技术性能可靠、准确，三次测试数据处理结果一致，评价结果均符合一级考核结果：该研制装置符合技术指标，可开展14种气体流量在线校准工作。测量范围：(0.1～250)L/min测量精度：±1％。

Claims (4)

1.一种气体微小流量计在线校准装置，其特征在于：所述气体微小流量计在线校准装置包括恒流量装置、标准流量传感器以及校准管路；被校准气体微小流量计置于恒流量装置与标准流量传感器之间；所述恒流量装置通过校准管路依次接入被校准气体微小流量计以及标准流量传感器。

2.根据权利要求1所述的气体微小流量计在线校准装置，其特征在于：所述恒流量装置包括输入端恒定流量控制阀，所述输入端恒定流量控制阀通过校准管路依次接入待校准气体微小流量计以及标准流量传感器。

3.根据权利要求2所述的气体微小流量计在线校准装置，其特征在于：所述恒流量装置包括输出端恒定流量控制阀，所述标准流量传感器通过校准管路接入输出端恒定流量控制阀。

4.根据权利要求1或2或3所述的气体微小流量计在线校准装置，其特征在于：所述气体微小流量计在线校准装置还包括分别设置在标准流量传感器两侧并设置校准管路上的压力计以及温度计。