气体流量计在线实流检测的研究

[摘要]文章依据在实际工作中的实践经验，克服在实验室内对气体流量计检测的局限性，采用在线实流检测方法，对此方法进行分析和研究，并以期对节能降耗工作有所裨益。
气体流量计作为直观流动指示或测量准确度要求不高的现场指示仪表，被广泛地用在电力、石化、化工、冶金等工业流程中。气体流量计的工作原理是：气体流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的气体组所组成。被测流体从下向上经过锥管和气体形成的环隙时，气体上下端产生差压形成气体上升的力，当气体所受上升力大于浸在流体中气体重量时，气体便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，气体上下端差压降低，作用于气体的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中气体重量时，气体便稳定在某一高度。气体在锥管中高度和通过的流量有对应关系。高压气体流量计的工作介质一般为各种压缩气体。

其它流量计如涡轮流量计，在高压下使用和检测与在常压下使用和检测性能有所变化，而气体流量计由于其特殊的工作原理，常压下无法得到高压差，高压气体流量计不工作。
1、实验室检测高压气体流量计的局限性
(1)钟罩式气体流量标准装置是实验室中检测气体流量计的主要标准装置，100L、200L钟罩余压通常为1000～1600Pa，500L钟罩余压通常为2500Pa，而用于焊接气体计量的高压气体流量计工作压力通常为0．35—0．5MPa，此类气体流量计在实验室中用钟罩式气体流量标准装置检测无法得到高压差，气体流量计不能工作，无法进行正常检测。
(2)在实验室中如果用气泵做气源，用标准表法对高压气体流量计进行检测，经试验得知，气源压力不能保证恒定，无法进行正常检测。
(3)实验室中气体流量标准装置的工作介质通常是空气，高压气体流量计的工作介质常为Ar、CO等等，由于工作介质和检测介质的不同，即使能够检测也存在刻度间换算问题。
2在线实流检测
选用300377号0．2级德国NB3标准气表，对高压气体流量计进行在线实流检测。当标准气表和被检测流量计的流量达到稳定时，读取标准气表和被检测流量计的指示流量，记录标准气表和被检测流量计进口处的压力、温度，计算被检测流量计的实际流量。工作介质经过在线高压被检气体流量计后，气体压力大幅度降低，进入标准气表的气体压力已是常压，所以被检高压气体流量计和标准气表都可正常工作。
2．1数学模型
气体流量计标准表法，用气体标准流量计作标准的计算方法： 

式中：qn为被检流量计刻度状态下的实际流量，L/min；qv为标准表指示流量，l/min；Tn，Ts，Tm分别为刻度状态下、标准器内和被检流量计前的气体热力学温度，K；Pn，Ps，Pm分别为刻度状态下、标准器内和被检流量计前的气体压力，Ps=Pa+Pes，Pm=pa+pem；Pa为当地大气压，Pa；pes为标准器内表压力，Pa；Pem为流量计前表压力，Pa。
引用误差计算方法：

式中：qvs为被检流量计的刻度流量，L/min；qvm为被检流量计的大流量，L/min。
2．2检测数据及分析 

表1数据为2011年3月10日在线实测数据，室温10℃，大气压约为101325Pa，检测介质为Ar。由于是在线实流，可以使高压气体流量计在工作状态进行检测，其检测介质与工作介质相同，检测状况与工作状况相同。
3、在线实流检测结果不确定度分析
(1)流量计的测量重复性
在气体流量计大流量点检测6次，计算检测值的标准差，为其重复性。设Ts，Tm均为283．15K，被检表刻度状态为0．4MPa，流量计满量程流量为25L/min。
u，(q)=0.15％
灵敏系数为：Cr(g)=1
(2)标准气表的不确定度
在标准气表为25L/min流量点进行检测。因标准气表为0．2级，则U(qs)=0.2％，取k=2。
灵敏系数为：cr(gs)=-1
(3)大气压的测量不确定度
P为大气压，用空盒气压表测得，其大允许误差为50Pa，则不确定度Ur(Pa)=50/101325=0.05％，按矩形分布考虑。
灵敏系数为

(4)Ps为标准气表内压力，设表内压力为2000Pa，认为大允许误差即扩展不确定度：U(ps)=1.0％，按矩形分布考虑。
灵敏系数为：

(5)Pm为流量计前表压力0．4MPa，认为大允许误差即扩展不确定度U(pm)=1.0％，按矩形分布考虑。
灵敏系数为：

(6)Ts为标准表内气体温度，大允许误差为±0.5℃，Ur(TS)=0．5/293.15=0.17％。按矩形分布考虑。

(7)Tm为流量计前气体温度，大允许误差为±0．5℃，Ur(Tm)=0.5/293.15=0.17％。按矩形分布考虑。

(8)气体流量计检测结果不确定度见表2
(9)合成标准不确定度
4、试验结
据新资料，欧洲相关标准规定：对于在特定压力范围内测量的仪表，其示值误差试验应在测量条件下进行，试验至少须在制造商明示的低压力和高压力下进行。借鉴于此，我们的在线实流检测，使得测量结果更科学更真实，并使得测量过程中的流量调节、压力调节和不同介质等问题轻易解决；检测过程中压力维持恒定，气流稳定；在工作条件下检测，使误差调整趋于零。