钟罩式气体流量标准装置技术改造及试验检定

王俊涛，桑培勇

（国防科技工业4113计量站，河南 新乡 453049）

0 引 言

钟罩式气体流量标准装置是气体流量计量的主要标准，在国内有着广泛应用。在各计量机构中现存钟罩多为早期制造，存在较多不足之处，如压力不高、自动化程度低等。随着技术不断发展，已不能完全满足现有气体流量计量的需要。因此，对现有钟罩式装置进行技术改造，提高其技术参数及自动化程度非常必要[1-3]。

本文以某2000L钟罩式装置为基础，对其实施技术改造。通过此次改造以期提高其部分性能指标，同时此次改造的完成对同类装置后期改造具有一定的指导意义。

1 装置简介

本装置基本原理结构如图1所示。钟罩是一个倒置的容器，上部密闭，下部开口，放于液槽中。利用钟罩自身重量、配重及补偿机构形成一个恒压源。钟罩内腔作为标准容器，工作时钟罩下行推动内部气体通过导气管经被检流量计排出[1]。

装置主要性能指标如下：

流量范围：4.7～263m3/h；

工作压力：5320Pa；

不确定度：0.2%。

2 改造内容

2.1 工作原理

由于钟罩工作时靠其自身重量、配重及补偿机构形成压力空气，压力较低，在检定差压式流量计及质量流量计等压损较高的流量计时，难以满足要求。

图1 装置原理图

图2所示为改造后原理图。钟罩本身不变，装置保留原有各项功能和参数，通过增加恒压气源，实现反充进气检定法。反充实验时，原导气管末端与恒压气源相连，压缩空气经气源、被检流量计后进入钟罩。反冲试验工作压力由恒压气源压力控制，钟罩只作为标准容器使用。

恒压气源由压缩机、冷却器、稳压管和过滤器等组成。

工作压力：0.6MPa；

最大流量：260m3/h。

图2 改造后原理图

2.2 多功能管路系统设计

新设计管路如图3所示，其具有快速装夹及正反安装的功能。通过安装气动夹表器实现被检流量计的快速安装。有前后直管段要求的流量计，在要求正反充不同试验要求时，可以根据需要调换表前后直管段，以满足安装要求。竖直安装流量计正充试验时，关闭截止阀10，打开截止阀7，调节三通球阀上端与横向相通，气体经钟罩、水平管路、被检流量计、三通球阀排出。反充试验时关闭截止阀7，打开截止阀10，三通球阀上下连通，气体经截止阀10、被检流量计8、三通球阀9、水平管道进入钟罩。

主管口径：50mm；

耐压参数：1.6MPa；

图3 新设计管路系统

主 要 孔 径 ：DN50，DN40，DN32，DN25，DN20，DN15，DN10。

2.3 测控系统设计

测控系统需要控制的量为

（1）直管段前后电动阀；

（2）进气阀电动阀。

测控系统需要采集的量为

（1）压力：钟罩内压力，表前表后压力；

（2）温度：钟罩内温度，被检表处压力；

（3）被检表输出信号：脉冲、电流、电压等；

（4）环境参数：大气压、气温、大气湿度。

测控系统采用基于PC机的自动检定系统，系统由硬件、软件两部分组成。硬件部分包括PC机、检定仪器或传感器及接口系统，其构成如图4所示[3]。

图4 基于PC机自动检定系统硬件构成

根据以上设计要求和所确定的控制采集参数，选用测控系统硬件结构如图5所示。系统主要由各类传感器、开关、放大器、多路开关、流量积算仪、环境参数测量仪、压力温度测量仪、串口扩展卡以及PC机等组成。传感器的主要作用是通过自身的变化来感知待测物理量的变化并将待测物理量转化为电信号；各种测量仪的作用是对传感器传输的电信号进行调理，便于计算机采集，同时测量仪本身具有数字显示功能，实时显示被测量数值，便于监控；PC机的作用是支撑软件系统的运行，采集试验数据并完成数据的显示、处理，试验结果的保存以及试验报表的输出；各电磁开关、继电器的主要作用是控制各电磁阀等的开关[3-4]。

图5 控制及数据采集系统硬件结构

软件开发采用C#语言，基于Visual Studio 2005平台，在数据存储方面采用了Access微机数据库管理系统[5-7]。图6为软件的操作流程图。登陆软件系统后，出现两个分支，一条分支是用户管理，另一条是进入实验系统。普通用户登陆后，依次进行流量计类型选择、系统选择、信息输入、试验开始、结果输出、退出平台、退出系统等操作。管理员用户登陆后，除可进行普通用户操作，还可以进行用户管理，包括添加、修改以及删除用户等。此测控系统界面友好，操作方便，可移植、可扩展性强。

3 试验测试

在对本装置改造完成的基础上，对其整体进行试验检定。检定内容、方法及主要结果简述如下，包括外观检查、密封性试验、压力波动试验、计时器检定和标准容器检定等[8]。

（1）外观检查。钟罩、液槽和导柱安装规范；光电发讯器、计时触发挡板等部件安装牢固可靠；钟罩筒体表面无划痕，无明显变形，上下匀称；阀门旋转灵活，管路无渗漏，密封介质洁净；控制系统操作方便，显示清晰，反应灵敏，安全，可靠；铭牌标示清晰，外观检查符合规程相应条款要求，合格。

（2）密封性试验。钟罩升至最高位置，稳定10min及停1h后测得的相应数据如表1所示。

图6 软件总体流程图

表1 稳定性数据表

试验结果表明装置密封性良好。

（3）压力波动试验

最大流量Qmax=262m3/h时，压力波动最大值为19Pa；

最小流量Qmin=4m3/h时，压力波动最大值为7Pa。

压力波动符合检定规程要求。

（4）计时器检定。计时器检定数据见表2。

计时器不确定度：

A类相对标准不确定度为urA1=0.003%；

B类相对标准不确定度为urB1=0.006%。

（5）标准容器检定

此次对2000L钟罩的检定采用尺寸测量法，结果如表3、表4所示。

1）钟罩标准容积 V（L）

VAB=99.387；

VBC=300.779；

VCD=500.858。

2）温度控制检定

钟罩内的气温：12.1℃；

液槽内的水温：12.0℃；

温差：0.1℃。

表2 计时器检定数据

表3 直径测量数据

表4 挡板高度测量数据表

3）装置合成不确定度

4 结束语

通过对此系统的改造工作压力最高可达0.6MPa，可正反充工作。改造后装置可以很好地满足质量流量计等压力损失较高流量计的工作需要。装置测控系统运行稳定，能够快速准确地得出试验结果和出具试验报告，大大提高了工作效率，减小人为误差及试验人员的劳动强度。经试验检定，本装置改造后运行稳定可靠，各项指标满足预期设计要求。

[1]苏彦勋，梁国伟，盛健.流量计量与测试[M].2版.北京：中国计量出版社，2007.

[2]王自和，范砧.气体流量标准装置[M].北京：中国计量出版社，2005.

[3]仝卫国，李国光，苏杰，等.计量测试技术[M].北京：中国计量出版社，2006.

[4]叶湘滨，熊飞丽，张文娜，等.传感器与测试技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[5]成洁.基C#的极低功耗无线网络温度监测系统的上位机软件设计[J].计算机时代，2010（9）：22-24.

[6]Powers L，Snell M.Visual Studio技术大全[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[7]颜金传，黄平山，陈德全.Access2007从入门到精通[M].北京：电子工业出版社,2007.

[8]JJG 165—2005钟罩式气体流量标准装置[S].北京：中国计量出版社，2005.