一种基于接触辊法钟罩式气体瞬时流量检定装置及方法与流程

本发明涉及一种流量检定装置及方法，尤其涉及一种基于接触辊法钟罩式气体瞬时流量检定装置及方法，属于工业气体流量表检测领域，主要用于对燃气流量表进行动态检测，并判断其是否符合国家标准。

背景技术：

为了科学合理使用气体，量化能源才能够节能降耗，就要使用气体流量计对气体流量进行准确的计量。气体流量标准装置就是为检定、校准气体流量计的准确度而建立的标准装置。和长度、质量、时间等常规量不同，流量是一个导出量，流量计量的过程就是一个动态的复杂的计量过程。气体流量计量由于受到气体特性(压缩性和热膨胀性等)影响，使得气体流量计量装置考虑因素很多。气体流量标准装置是计量中比较复杂的标准装置，它是可以用来对各种类型的气体流量计进行检定校准的实验装置系统。由于气体流量计本身的复杂性，测量原理不同，流量范围大小，工况条件的转换(特别是压力温度的影响)导致气体流量标准装置的多样性。所以需要根据不同的气体流量计的特性来选择气体流量计标准装置，来进行检定校验工作。其中，钟罩式气体流量标准装置是气体流量标准装置的主要型式之一，也是使用最为广泛的气体流量标准装置。它的工作压力较低(小于1okpa)，准确度偏低(多为0.5级)。

目前钟罩式气体流量检定装置，大都是对装置检测时产生的的误差因素进行分析并加以减小，如：发明专利201420744035.1公开了对钟罩式气体流量检测标准装置压力以及温度因素改进方法，包括位于钟罩式气体流量标准装置内的压力传感器pa和温度传感器ta，及位于钟罩式气体流量标准装置外的温度传感器ta+。所述压力传感器pa和温度传感器ta、ta+的信号输出端连接计算机控制系统的信号采集端。所以此项专利减小了因压力和温度产生的检测误差。除了通过对压力和温度因素提高检测准确性，还有通过对装置的结构改造来达到相同目的，如发明专利201420397788.x一种多钟罩式气体流量表检定装置，包括提供气体的钟罩两个，安装气体流量计的检表台，用于显示和操作的计算机控制系统。

除了减少装置的误差提高检测准确性，也可以通过测量瞬时气体流量，绘成拟合曲线，将计算得出的曲线与气体流量计的数据进行比较来提高检测准确性。如发明专利201220053901.3其特征在于：对应于钟罩移行的立柱段上等间隔设置有若干光感应接收器，固定于钟罩、相对于光感应接收器一侧，设有发光器或挡光板，各高度位光感应接收器与控制中心信号线连接。此专利可以很好地检测气体瞬时流量，但其需安装多个光感应接收器、挡板、发射器，安装不方便，而且成本较高，不适合普遍应用。

总之，目前我国的计量单位所用的钟罩式气体流量装置还未添加检定气体瞬时流量这一功能指标。因为目前的装置检定的是状态量，通过计算检定前和检定后钟罩内气体状态的平均差值来校验流量表，但在实际检定过程中，钟罩并不是绝对稳定的，可能存在较大波动，且很容易被操作人员忽视，导致检定结果存在误差，所以检定气体瞬时流量是非常有必要的。

技术实现要素：

基于以上检定装置及方法对气体瞬时流量计量的不足，本发明结合钟罩两侧有导槽，固定在立柱上滑轮在导槽上滑动的特点，公开了一种基于接触辊法钟罩式气体瞬时流量检定装置及方法。

本发明的技术方案是：一种基于接触辊法钟罩式气体瞬时流量检定装置，包括钟罩、水槽、排气导管、进气管、检定出气管、进气电磁阀、检定出气电磁阀、鼓风机、光电接近开关、压力补偿机构、平衡锤、立柱和测量辊测速组件；

所述钟罩为倒置放在水槽内的容器，上部封闭，下部开口；在钟罩外壁两侧设有导槽，在钟罩顶部分别接差压变送器a和热电阻a；

所述水槽内装有密封液体，钟罩和固定的水槽形成一个容积可变的密封空腔；所述水槽外侧设有立柱，在立柱上设有测量钟罩上下移动速度的所述测量辊测速组件；所述测量辊测速组件包括测量辊滑轮和槽型光耦传感器，滑轮固定安装在钟罩两侧的立柱上、且嵌导槽中；所述槽型光耦传感器固定安装在立柱上，且在滑轮上方，滑轮上设有若干圆孔，滑轮在转动过程中，圆孔经过槽型光耦传感器的槽型口；

所述平衡锤的顶部通过轮系与钟罩顶部连接；所述压力补偿机构固定安装在支架上，支架一端通过轮系与钟罩顶部连接，另一端固定连接在立柱上；所述光电接近开关水平固定安装在立柱上，且位于钟罩开始检定的初始位置；

所述排气导管一端穿过水槽底部和密封液体与钟罩内部密封空腔相通，另一端通过管道分别与被检流量计和鼓风机连接；所述排气导管与鼓风机连接的进气管上安装有进气电磁阀；所述排气导管与被检流量计连接的检定出气管上安装有检定出气电磁阀；所述光电接近开关分别与鼓风机和进气电磁阀电连接；所述检定出气管上还设有热电阻b和差压变送器b、且位于检定出气电磁阀与被检的流量表之间。

上述方案中，所述槽型光耦传感器一端是信号发射端，另一端是信号接收端，当槽型口中有遮物时，接收端无信号，输出为低电平；反之，为高电平；当所述圆孔经过槽型口时，输出高电平，反之为低电平。

上述方案中，所述平衡锤的顶部与金属丝的一端连接，金属丝的另一端通过所述立柱左侧顶端的两个定滑轮与钟罩顶部连接，所述平衡锤垂直悬空。

上述方案中，所述压力补偿机构固定安装在支架上，支架一端连接金属丝的一端，金属丝的另一端通过两个定滑轮与钟罩顶部连接，支架另一端立柱连接。

一种基于接触辊法钟罩式气体瞬时流量检定装置的瞬时气体流量检定方法，包括以下步骤：

步骤s1、打开进气管上的进气电磁阀，开启鼓风机，空气通过排气导管进入钟罩，使钟罩上升；当钟罩上升到光电接近开关的感应区域，光电接近开关启动，鼓风机停止吹起，进气电磁阀关闭；

步骤s2、等待一段时间，待钟罩内气压、温度稳定后，所述热电阻a开始采集钟罩内气体温度tz，差压变送器a开始采集钟罩内气体压力pz，开始检定被检流量计；

步骤s3、打开检定出气管上的检定出气电磁阀，钟罩由于重力作用开始下降，压力补偿机构根据钟罩下降位置进行压力补偿，钟罩近乎匀速下降，滑轮转动，槽型光耦传感器输出脉冲，检定出气管处的pt100热电阻b采集被检流量计处的温度tm，差压变送器b采集被检流量计处的气压pm；

步骤s4、当计算得出的气体体积结果等于检定设定的体积时，检定结束，关闭检定出气管的检定出气电磁阀。

6.根据权利要求5所述的基于接触辊法钟罩式气体瞬时流量检定装置的瞬时流量检定方法，其特征在于，

所述步骤s3中检定过程中所述钟罩下降的瞬时速度v，所述瞬时速度v的计算方法为：

假设滑轮半径为r，槽型光耦传感器每秒钟接收到的高电平数为n，那么钟罩平稳下降，与钟罩外壁导槽紧贴的六孔滑轮转动的转速ω为：

钟罩下降的瞬时速度v为：

上述方案中，所述步骤s3中确定所述钟罩排气下降时气体瞬时流量与瞬时速度之间的函数关系：

假设钟罩的内腔是理想的圆柱体，可根据公式计算出圆柱体的体积，即为钟罩内部的体积vz，

式中：vz为钟罩在工作温度tz下的内容量；

d为20℃下钟罩内腔圆柱直径；

h为标定时钟罩下降的距离；

αβ为钟罩罩体材料的膨胀系数；

tz为测量时钟罩罩体内温度；

由位移公式h＝v·t，公式三可转化为：

由于排除钟罩气体质量不变，由理想气体状态方程可知流过被检流量计的气体体积vm如公式五所示：

式中：vm为经过温压补偿之后流经被检流量计的气体标准体积；

vz为在pz、pm状态下钟罩内气体体积；

pa为大气压力；

pz为钟罩内绝对气体压力，pz＝δp+pa；

pm为被检流量计处的气体绝对压力，pz＝δp'+pa；

tz为钟罩内气体热力学温度；

tm为被检流量计处的气体热力学温度；

zz为钟罩内部气体压缩系数；

zm为流经被检流量计气体压缩系数；

流经被检流量计的体积流量为：

式中：qv为流过被检流量计的气体流量；t为检定时间；

将公式四、五、六整理得：

被检流量计体积流量的误差：

式中：eqv为体积流量的相对误差；qw为被检流量计指示的体积流量。

与现有技术相比，本发明有益效果是：本发明结合钟罩两侧有导槽，固定在立柱上滑轮在导槽上滑动的特点，公开了一种基于接触辊法钟罩式气体瞬时流量检定装置及方法。本发明通过钟罩顶部安装的热电阻和差压变送器检测钟罩内部温度和压力，通过安装在被检气体流量表前的热电阻和差压变送器，检测气体温度和压力，通过安装在立柱的一组测量辊测速组件检测钟罩下降的瞬时速度，计算单位时间内钟罩排出的气体体积，得到气体瞬时流量，依据计算得出的气体瞬时流量与被检气体流量表上数值比较，实现对被检定的气体流量表瞬时流量检定。本发明具有安装方便，成本低，实时性高，可以直观显示被检流量计的计量误差，检定结果更加准确的优点。且适用范围广，可以用于天然气等气体流量表进行瞬时流量检定。

附图说明

图1为一种基于接触辊法钟罩式瞬时气体流量检定装置的结构示意图。

图2为测量辊测速组件示意图。

图3为一种基于接触辊法钟罩式瞬时气体流量检定方法工作流程。

图中，1.定滑轮；2.立柱；3.光电接近开关；4.平衡锤；5.支架；6.压力补偿机构；7.钟罩；8.导槽；9.热电阻a；10.差压变送器a；11.槽型光耦传感器；12.检定出气管；13.排气导管；14.水槽；15.检定出气电磁阀；16.被检流量计；17.进气电磁阀:18.鼓风机；19.进气管；20.槽型口；21.差压变送器b；22.立柱；23.滑轮；24.圆孔；25.热电阻b。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，本发明所述的一种基于接触辊法钟罩式气体瞬时流量检定装置，包括钟罩7、水槽14、排气导管13、进气管19、检定出气管12、进气电磁阀17、检定出气电磁阀15、鼓风机18、光电接近开关3、压力补偿机构6、平衡锤4、立柱2和测量辊测速组件。

所述钟罩7为倒置放在水槽14内的容器，上部封闭，下部开口；在钟罩7外壁两侧设有导槽8，在钟罩7顶部分别接差压变送器10a和热电阻9a。

所述水槽14内放有水或者不易挥发的低粘度的油作为密封液体，此时可动的钟罩7和固定的水槽14形成一个容积可变的密封空腔，使得钟罩7对大气密闭。

在所述钟罩7壁两侧，且在所述水槽14外侧，设有立柱2，在立柱2上设有测量钟罩7上下移动速度的所述测量辊测速组件。

所述测量辊测速组件包括测量辊和转速传感器，优选的测量辊为滑轮23，转速传感器为槽型光耦传感器11，滑轮23固定安装在钟罩7两侧的立柱2上、且嵌在钟罩7外壁两侧的导槽8中。测量辊与导槽8一方面使钟罩7垂直地上升和下降而不晃动，另一方面保证钟罩7在下降过程中与滑轮23紧贴，带动滑轮23做纯转动，便于通过测量辊转速准确测量钟罩7下降速度。

所述槽型光耦传感器11固定安装在立柱2上，且在滑轮23上方，滑轮23上设有六个圆孔24，保证滑轮23在转动过程中，圆孔24都要经过槽型光耦传感器11的槽型口20。

所述槽型光耦传感器11一端是信号发射端，另一端是信号接收端，当槽型口20中有遮物时，接收端无信号，输出为低电平；反之，为高电平；当所述圆孔24经过槽型口20时，输出高电平，其余时候为低电平。

所述平衡锤4的顶部与金属丝的一端连接，金属丝的另一端通过所述立柱2左侧顶端的两个定滑轮1与钟罩7顶部连接，所述平衡锤4垂直悬空。所述平衡锤4用来平衡钟罩7的一部分重力。当需要检定流量计16不同的工作压力时，可增减平衡祛码来实现。

所述压力补偿机构6固定安装在支架5上，支架5一端连接金属丝的一端，金属丝的另一端通过两个定滑轮1与钟罩7顶部连接，支架5另一端立柱2连接。在钟罩7下降过程中，钟罩7的质量是超过平衡锤4质量，即钟罩的余,，压力补偿机构6使得该余压不随钟罩7浸入水槽14中的深度而改变，从而保证了钟罩7内工作压力的恒定，也保证在一次校验中气体以恒定的流量排出钟罩7。

所述光电接近开关3水平固定安装在立柱2上，且位于钟罩7开始检定的初始位置。

所述排气导管13一端穿过水槽14底部和密封液体与钟罩7内部密封空腔相通，另一端通过管道分别与被检流量计16和鼓风机18连接；所述排气导管13与鼓风机18连接的进气管19上安装有进气电磁阀17；所述排气导管13与被检流量计16连接的检定出气管12上安装有检定出气电磁阀15；所述光电接近开关3分别与鼓风机18和进气电磁阀17电连接；所述检定出气管12上还设有热电阻b25和差压变送器b21、且位于检定出气电磁阀15与被检的流量表16之间。

如图3所示，一种基于接触辊法钟罩式气体瞬时流量检定装置的瞬时气体流量检定方法，包括以下步骤：

步骤s1、打开进气管19上的进气电磁阀17，开启鼓风机18，空气通过排气导管13进入钟罩7，使钟罩7上升；当钟罩7上升到光电接近开关3的感应区域，光电接近开关3启动，鼓风机18停止吹起，进气电磁阀17关闭；

步骤s2、等待一段时间，待钟罩7内气压、温度稳定后，pt100热电阻a9开始采集钟罩7内气体温度tz，差压变送器a10开始采集钟罩7内气体压力pz，开始检定被检流量计16；

步骤s3、打开检定出气管12上的检定出气电磁阀15，钟罩7由于重力作用开始下降，压力补偿机构6根据钟罩7下降位置进行压力补偿，钟罩7近乎匀速下降，滑轮23转动，槽型光耦传感器11输出脉冲，检定出气管12处的pt100热电阻b25采集被检流量计16处的温度tm，差压变送器b21采集被检流量计16处的气压pm；

步骤s4、当计算得出的气体体积结果等于检定设定的体积时，检定结束，关闭检定出气管12的检定出气电磁阀15。

所述步骤s3中检定过程中所述钟罩7下降的瞬时速度v，所述瞬时速度v的计算方法为：

假设滑轮23半径为r，槽型光耦传感器11每秒钟接收到的高电平数为n，那么钟罩7平稳下降，与钟罩7外壁导槽8紧贴的六孔滑轮23转动的转速ω为：

钟罩7下降的瞬时速度v为：

所述步骤s3中确定所述钟罩7排气下降时气体瞬时流量与瞬时速度之间的函数关系：

假设钟罩7的内腔是理想的圆柱体，可根据公式计算出圆柱体的体积，即为钟罩7内部的体积vz，

式中：vz为钟罩7在工作温度tz下的内容量；

d为20℃下钟罩7内腔圆柱直径；

h为标定时钟罩7下降的距离；

αβ为钟罩7罩体材料的膨胀系数；

tz为测量时钟罩7罩体内温度；

由位移公式h＝v·t，公式三可转化为：

由于排除钟罩7气体质量不变，由理想气体状态方程可知流过被检流量计的气体体积vm如公式五所示：

式中：vm为经过温压补偿之后流经被检流量计的气体标准体积；

vz为在pz、pm状态下钟罩7内气体体积；

pa为大气压力；

pz为钟罩7内绝对气体压力，pz＝δp+pa；

pm为被检流量计16处的气体绝对压力，pz＝δp'+pa；

tz为钟罩7内气体热力学温度；

tm为被检流量计16处的气体热力学温度；

zz为钟罩7内部气体压缩系数；

zm为流经被检流量计16气体压缩系数；

流经被检流量计16的体积流量为：

式中：qv为流过被检流量计16的气体流量；t为检定时间；

将公式四、五、六整理得：

被检流量计16体积流量的误差：

式中：eqv为体积流量的相对误差；qw为被检流量计16指示的体积流量。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。