一、標準流量計的選擇
探索的主要出發(fā)點是低成本使用，滿足浮子流量計校準需求,考慮到流量計量程在(1~500)L/min,示值誤差多為2.5級~4.0級,依據(jù)JJG257-2007《浮子流量計檢定規(guī)程》中“裝置的擴展不確定度應優(yōu)于被檢流量計的誤差的1/2”原則,選用2臺精度型層流質量流量計;示值誤差0.4%ofreading+0.2%ofFS,量程分別為(1~100)L/min和(5~500)L/min即可滿足常用浮子流量計的校準。
層流流量計工作原理基于泊肅葉公式,其內部約束元件采用多層薄片，將氣流分割成多個分流體,流體處于完全發(fā)展的層流狀態(tài),當流體在層流流動狀態(tài)條件下,理論.上其壓力損失與其流動速度的一次方成正比,其數(shù)學關系式為:
式中:Q一體積流量;P1一入口靜壓;P2一出口靜壓;r一管路半徑;η一液體絕對黏度;L一阻尼段的長度
層流流量計具有寬的量程(1:100),無需前后直管段,精度等級高等優(yōu)點,標準流量計的準確度對校準系統(tǒng)整體精度影響非常大,這在后續(xù)的不確定度評定中可明顯看出,另外流量計自帶串口數(shù)據(jù)通信接口,流量顯示輸出為標準狀態(tài)(101.325kPa,25℃),不必再增加溫度和壓力測量系統(tǒng)，方便安裝調試及計算機，數(shù)據(jù)采集。
二、系統(tǒng)組成及結構
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,氣源采用壓縮空氣,經過一個1m3的儲氣罐來獲得穩(wěn)定的氣流,出氣口加裝一級過濾和除濕裝置;為適應不同接口流量計校準要求,配置了4路輸出接口,其中2路為D25和D15法蘭盤連接,其余兩路為“塔形”接口和專用減壓閥連接,這4路氣路輸出接口基本可滿足常用流量計校準不同的檢測管路全部通過在面板、上的按鈕選擇,通過控制電磁閥切換,并由在面板.上的指示燈顯示。顯示儀表全部采用數(shù)字儀表，且均帶有數(shù)字通信接口,全部采集數(shù)據(jù)均可通過串口輸送至計算機,計算機程序完成數(shù)據(jù)采集存儲、檢測結論判斷,原始數(shù)據(jù)存檔、檢定報告的自動形成和打印輸出;主設備的各管路切換和氣路的開關可獨立完成,流量、溫度、壓力參數(shù)均可正常顯示。因此,主機在無計算機參與的情況下,同樣可完成校準工作,只是需要手工記錄換算。
裝置操作也簡單,在啟動“空氣流量校準”系統(tǒng)軟件后,計算機提示輸入被校準流量計的必要信息,并自動完成標準流量計選擇，在調整到被校準刻度后，點擊采集功能鍵,由計算機自動完成標準流量計、被檢流量計介質的溫度、壓力數(shù)據(jù)的采集及處理,同時還具有原始數(shù)據(jù)存檔、證書打印、資料的查找篩選等功能,具有一定的智能功能,方便日后的送檢管理。
三、軟件的設計編制
系統(tǒng)采用易上手的VB6.0開發(fā)程序軟件,該開發(fā)系統(tǒng)自身帶有豐富的窗體控件，可視化界面設計風格和32位面向對象的程序設計等優(yōu)點，適合非計算機專業(yè)人員作程序開發(fā)應用。其自帶的串口通信控件和數(shù)據(jù)連接MicrosoftADO控件，使數(shù)據(jù)采集、通信存儲、查詢的功能變得容易實現(xiàn)，對提高軟件開發(fā)效率,縮短程序周期起到了很好的作用。
軟件功能參照現(xiàn)行浮子流量計檢定規(guī)程,并考慮到實際工作的要求編制,程序主要有檢測開始前信息錄入、檢測過程的數(shù)據(jù)采集存儲、結束后的檢測數(shù)據(jù)存儲及日后數(shù)據(jù)查詢、證書的打印程序模塊組成,如圖2所示。
四、系統(tǒng)測量不確定度評定
在這里標準表測量的氣體流量是在101.325kPa和298.15K(25℃)狀態(tài)下的體積流量,換算到浮子流量計刻度狀況下的流量導出公式為
準流量計讀數(shù)(101.325kPa,25C狀態(tài)下);Tk一標準流量計氣體體積流量的溫度(298.15K);PmTm一被檢前流量計的壓力和溫度;Pn,Tn一浮子流量計刻度狀態(tài)下的壓力(101.325kPa)和溫度(293.15K)。
導出式(2)為實際檢測中換算成浮子流量計狀態(tài)下的公式,參照JJF1059--2012《測量不確定度評定方法》,選擇一臺4.0級的浮子流量計(型號規(guī)格為LZB-25,流量范圍(2.5~25)m3/h,對15m3/h(250L/min)點重復測量10次。利用貝塞爾公式求得測量重復性引入的不確定度分量,重復性標準差。
各項不確定度分量評定預估如表1所示合成標準不確定度:
u(Qk)=[c21u2(Q)+c2u2(Pm)+c23u2(Tm)+c24u2(S)]1/2=1.96I/min
即uc=1.96L/min
相對不確定度urel=196/250=0.78%，擴展相對不確定度,按推薦取k=2,
Urel=k×urel=2×0.78<1.6%
五、結論
氣體流量標準裝置的不確定度uc<1.6%,按JJG257-2007規(guī)定,可以滿足對不確定度4%的玻璃浮子流量計的計量校準檢定要求，該校準裝置在近兩年來檢定了大量浮子流量計同時該校準系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集換算功能,解決了因浮子流量計檢測介質不同,溫度、壓力變化導致的換算計算問題,有效提高了工作效率。
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