宋　進(jìn)（上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院,上海　201203）

20L鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置及其測(cè)量不確定度評(píng)定

宋進(jìn)
（上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院,上海201203）

摘要：鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是最原始、最經(jīng)典、也最實(shí)用的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置之一，可依據(jù)檢定規(guī)程對(duì)膜式燃?xì)獗?、浮子流量?jì)、速度式流量計(jì)以及氣體容積式流量計(jì)等各種氣體流量?jī)x表進(jìn)行檢定。本文簡(jiǎn)要介紹了20L鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的原理及結(jié)構(gòu)組成，并給出使用其進(jìn)行流量測(cè)量時(shí)的不確定度評(píng)定。

關(guān)鍵詞：20L鐘罩；流量標(biāo)準(zhǔn)裝置；不確定度

1　裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

20L鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置由鐘罩本體、溫度和壓力傳感器、管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四部分組成，其中鐘罩本體采用白油作為密封介質(zhì)，主要結(jié)構(gòu)包括鐘罩體、光電編碼器、鐘罩底座、鼓風(fēng)機(jī)、平衡錘、壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)等。標(biāo)準(zhǔn)裝置工作過程：開啟鼓風(fēng)機(jī)，打開氣動(dòng)閥，關(guān)閉管道閥門?？諝饨?jīng)過導(dǎo)氣管進(jìn)入鐘罩，使鐘罩上升。當(dāng)鐘罩上升到上限擋板位置時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)停止送風(fēng)，關(guān)閉氣動(dòng)閥。停止一段時(shí)間，待鐘罩內(nèi)壓力、溫度穩(wěn)定后，打開閥門，鐘罩內(nèi)氣體通過導(dǎo)氣管流經(jīng)被檢流量計(jì)，排入大氣，鐘罩緩慢下降。在此過程中，通過記錄鐘罩內(nèi)氣體的排出量和通過被檢流量計(jì)的氣體量，以鐘罩的體積量為標(biāo)準(zhǔn)值同被檢流量計(jì)的示值比較，就能確定被檢流量計(jì)的示值誤差。

2　控制系統(tǒng)及控制軟件

20L鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡采集信號(hào)，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)鐘罩本體的控制，包括鐘罩內(nèi)的溫度、壓力，編碼器輸出的脈沖，鐘罩的進(jìn)氣和出氣閥門，鐘罩的進(jìn)氣限位開關(guān)等。其中鐘罩位移的檢測(cè)是通過一只高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器和與編碼器相連的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將鐘罩的直線位移轉(zhuǎn)為編碼器的旋轉(zhuǎn)，通過測(cè)量單位容積所代表碼盤的脈沖數(shù)得到鐘罩容積與編碼器脈沖數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

控制軟件采用組態(tài)軟件進(jìn)行編程，可以在人機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫，而且還可以顯示鐘罩本體各個(gè)采集數(shù)據(jù)，用戶根據(jù)需要設(shè)定檢點(diǎn)的流量點(diǎn)，流量和檢定次數(shù)，通過采集到的鐘罩本體內(nèi)的溫度壓力流量和流量計(jì)前的溫度壓力進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后計(jì)算出被檢流量計(jì)的示值誤差和重復(fù)性。

圖1　控制系統(tǒng)原理框圖

3　不確定度評(píng)定

（1）鐘罩體積本身的定值不確定度ur（Vs）的評(píng)定。采用靜態(tài)容積法對(duì)鐘罩進(jìn)行檢定，則用標(biāo)準(zhǔn)金屬量器檢定得到鐘罩體積本身的定值不確定度為Ur（Vs）=0.18%，k=2，故標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur（Vs）=0.09%。靈敏系數(shù)為：cr（Vs）=1

（2）溫度引起的不確定度ur（θ）的評(píng)定。1）鐘罩內(nèi)溫度測(cè)量引起的不確定度ur1（θ）。采用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量鐘罩內(nèi)的溫度，鐘罩內(nèi)氣體溫度是由鐘罩頂部和底部?jī)膳_(tái)溫度變送器進(jìn)行測(cè)量后取平均值得到的，最大允許誤差為±0.1℃，服從矩形分布，則ur1（θ）=0.2/20/=0.58%，靈敏系數(shù)為：cr1（θ）=0.068；2）實(shí)驗(yàn)室溫度變化引起的不確定度ur2（θ）的評(píng)定。鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定流量計(jì)時(shí)，在檢定前后各測(cè)一次溫度，取其平均值作為計(jì)算溫度，由于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度變化要求達(dá)到0.3℃/h，則一次檢定時(shí)間為1min時(shí)的溫度變化為：0.3℃/60=0.005℃，服從矩形分布，則ur2（θ）=0.005/20/=0.014%。靈敏系數(shù)為：cr2（θ）=0.068

（3）壓力測(cè)量引起的不確定度ur（p）的評(píng)定。采用絕壓變送器和差壓變送器組合測(cè)量鐘罩內(nèi)的壓力值，其中絕壓變送器最大允許誤差為±10Ρа，差壓變送器最大允許誤差為±10Ρа，設(shè)鐘罩內(nèi)的壓力為1000Ρа，服從矩形分布，則ur（p）=（10+1）/1000/=0.63%。靈敏系數(shù)為：cr（p）=-0.019

（4）時(shí)間不確定度的ur（t）評(píng)定。計(jì)時(shí)器采用1MHz晶振的計(jì)時(shí)器，其時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)不確定度為u（rt）=0.01%。靈敏系數(shù)為：cr（t）=-1。

表1　不確定度分析

（6）擴(kuò)展不確定度評(píng)定。按正態(tài)分布，取k=2，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：Ucrel（q）=kucrel（q）=2×0.099%=0.20%，k=2

4　結(jié)束語

20L鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)編碼器、計(jì)算機(jī)等部件組成控制系統(tǒng)，并通過組態(tài)軟件編程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢定過程地自動(dòng)控制，工作效率大大提高，裝置滿足相應(yīng)工作等級(jí)氣體流量計(jì)的檢定要求。

參考文獻(xiàn):

[1]蘇彥勛,梁國(guó)偉,盛健.流量計(jì)量與測(cè)試[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2007.

[2]王自和,范砧.氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2005.

作者簡(jiǎn)介：宋進(jìn)（1989-），男，山東臨沂人，碩士，研究方向：流量計(jì)量。