20L钟罩式气体流量标准装置及其测量不确定度评定

宋　进（上海市计量测试技术研究院,上海　201203）

20L钟罩式气体流量标准装置及其测量不确定度评定

宋进
（上海市计量测试技术研究院,上海201203）

摘要：钟罩式气体流量标准装置是最原始、最经典、也最实用的气体流量标准装置之一，可依据检定规程对膜式燃气表、浮子流量计、速度式流量计以及气体容积式流量计等各种气体流量仪表进行检定。本文简要介绍了20L钟罩式气体流量标准装置的原理及结构组成，并给出使用其进行流量测量时的不确定度评定。

关键词：20L钟罩；流量标准装置；不确定度

1　装置结构及工作原理

20L钟罩式气体流量标准装置由钟罩本体、温度和压力传感器、管路系统和控制系统四部分组成，其中钟罩本体采用白油作为密封介质，主要结构包括钟罩体、光电编码器、钟罩底座、鼓风机、平衡锤、压力补偿机构等。标准装置工作过程：开启鼓风机，打开气动阀，关闭管道阀门。空气经过导气管进入钟罩，使钟罩上升。当钟罩上升到上限挡板位置时，鼓风机停止送风，关闭气动阀。停止一段时间，待钟罩内压力、温度稳定后，打开阀门，钟罩内气体通过导气管流经被检流量计，排入大气，钟罩缓慢下降。在此过程中，通过记录钟罩内气体的排出量和通过被检流量计的气体量，以钟罩的体积量为标准值同被检流量计的示值比较，就能确定被检流量计的示值误差。

2　控制系统及控制软件

20L钟罩式气体流量标准装置控制系统由计算机通过数据采集卡采集信号，主要是实现对钟罩本体的控制，包括钟罩内的温度、压力，编码器输出的脉冲，钟罩的进气和出气阀门，钟罩的进气限位开关等。其中钟罩位移的检测是通过一只高精度的旋转编码器和与编码器相连的机械传动机构，将钟罩的直线位移转为编码器的旋转，通过测量单位容积所代表码盘的脉冲数得到钟罩容积与编码器脉冲数之间的对应关系。

控制软件采用组态软件进行编程，可以在人机界面上实现动画，而且还可以显示钟罩本体各个采集数据，用户根据需要设定检点的流量点，流量和检定次数，通过采集到的钟罩本体内的温度压力流量和流量计前的温度压力进行数据处理，然后计算出被检流量计的示值误差和重复性。

图1　控制系统原理框图

3　不确定度评定

（1）钟罩体积本身的定值不确定度ur（Vs）的评定。采用静态容积法对钟罩进行检定，则用标准金属量器检定得到钟罩体积本身的定值不确定度为Ur（Vs）=0.18%，k=2，故标准不确定度Ur（Vs）=0.09%。灵敏系数为：cr（Vs）=1

（2）温度引起的不确定度ur（θ）的评定。1）钟罩内温度测量引起的不确定度ur1（θ）。采用标准铂电阻温度计测量钟罩内的温度，钟罩内气体温度是由钟罩顶部和底部两台温度变送器进行测量后取平均值得到的，最大允许误差为±0.1℃，服从矩形分布，则ur1（θ）=0.2/20/=0.58%，灵敏系数为：cr1（θ）=0.068；2）实验室温度变化引起的不确定度ur2（θ）的评定。钟罩式气体流量标准装置检定流量计时，在检定前后各测一次温度，取其平均值作为计算温度，由于实验室环境温度变化要求达到0.3℃/h，则一次检定时间为1min时的温度变化为：0.3℃/60=0.005℃，服从矩形分布，则ur2（θ）=0.005/20/=0.014%。灵敏系数为：cr2（θ）=0.068

（3）压力测量引起的不确定度ur（p）的评定。采用绝压变送器和差压变送器组合测量钟罩内的压力值，其中绝压变送器最大允许误差为±10Ρа，差压变送器最大允许误差为±10Ρа，设钟罩内的压力为1000Ρа，服从矩形分布，则ur（p）=（10+1）/1000/=0.63%。灵敏系数为：cr（p）=-0.019

（4）时间不确定度的ur（t）评定。计时器采用1MHz晶振的计时器，其时间的标准相对不确定度为u（rt）=0.01%。灵敏系数为：cr（t）=-1。

表1　不确定度分析

（6）扩展不确定度评定。按正态分布，取k=2，相对扩展不确定度为：Ucrel（q）=kucrel（q）=2×0.099%=0.20%，k=2

4　结束语

20L钟罩式气体流量标准装置通过传动机构、旋转编码器、计算机等部件组成控制系统，并通过组态软件编程，实现整个检定过程地自动控制，工作效率大大提高，装置满足相应工作等级气体流量计的检定要求。

参考文献:

[1]苏彦勋,梁国伟,盛健.流量计量与测试[M].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.

作者简介：宋进（1989-），男，山东临沂人，硕士，研究方向：流量计量。