一、引言
啟停法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置主要通過對(duì)閥門的啟停實(shí)現(xiàn)流量的流動(dòng)和停止，以此進(jìn)行流量計(jì)的示值檢定。啟停法裝置主要可分為啟停容積法裝置和啟停質(zhì)量法裝置，其中，容積法主要用于容積式流量計(jì)的檢定，質(zhì)量法主要用于質(zhì)量流量計(jì)的檢定。用于啟停作用的閥門起到了對(duì)流量控制的作用，但是，在檢定過程中，由于啟停過程是流量、壓力逐漸變化的過程，對(duì)流量計(jì)的誤差有一定的影響。這個(gè)影響究竟有多大，這就是JJG164-2000《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》檢定規(guī)程中寫到的裝置的啟停效應(yīng)檢定，也是該試驗(yàn)研究的目的。但是由于啟停裝置一般不配備計(jì)時(shí)器，因此采集閥門啟停的時(shí)間存在一定的難度。該試驗(yàn)中裝置配置的是FISHER氣動(dòng)球閥，通過氣動(dòng)控制的電壓信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)啟、停時(shí)間的精確測量，通用計(jì)數(shù)器準(zhǔn)確度為10-8，采用的CMF科里奧利質(zhì)量流量計(jì)為0.1級(jí)。整個(gè)試驗(yàn)原理圖如圖1所示。
<CTSM>圖1啟停效應(yīng)檢定試驗(yàn)原理示意圖</CTSM>
如圖1所示，水流經(jīng)過質(zhì)量流量計(jì)、閥門流入電子秤，通用計(jì)數(shù)器設(shè)置為“高→低”T間隔測量模式。測量開始時(shí)，操作控制柜發(fā)出開啟信號(hào)(5V高電平)打開閥門，計(jì)數(shù)器觸發(fā)而開始計(jì)時(shí)，水流由零至設(shè)定流量Qtest而進(jìn)入電子秤，質(zhì)量流量計(jì)的脈沖數(shù)也隨之被采集；一段時(shí)間后，操作控制柜發(fā)出停止信號(hào)(0V低電平)關(guān)閉閥門，此時(shí)可讀取電子秤的累積質(zhì)量、通用計(jì)數(shù)器的測量時(shí)間、質(zhì)量流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)等參數(shù)。
二、試驗(yàn)方法與結(jié)果分析
依據(jù)JJG164-2000，啟停質(zhì)量法裝置的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要由電子秤、計(jì)時(shí)器、啟停閥門、標(biāo)準(zhǔn)砝碼的不確定度合成，其中啟停閥門的不確定度就是JJG164-2000中所描述的啟停效應(yīng)，主要參照換向器的流量計(jì)檢定法。此次主要的試驗(yàn)方法可歸納為:
按檢定流量計(jì)的方法測量1次，記錄電子秤讀數(shù)M11、測量時(shí)間t11和流量計(jì)脈沖數(shù)N11；在與t11大致相同的測量時(shí)間內(nèi)，操作閥門m次啟停(m≥10)，記錄電子秤讀數(shù)M21、測量時(shí)間t21和流量計(jì)脈沖數(shù)N21；這兩次測量作為1組試驗(yàn)，重復(fù)進(jìn)行n組(n≥10)試驗(yàn)，記錄M1i、M2i、t1i、t2i、N1i及N2i(i=1，2……n)。
首先計(jì)算出閥門啟停的時(shí)間差Δt，如式(1)、式(2)所示。
然后結(jié)合裝置最短測量時(shí)間tmin計(jì)算出閥門的A類不確定度s和B類不確定度u，如式(3)、式(4)所示:
以該試驗(yàn)的Qmax流量試驗(yàn)為例，在系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，進(jìn)行一次連續(xù)流量試驗(yàn)后緊接著進(jìn)行一次斷續(xù)流量試驗(yàn)，為1個(gè)循環(huán)。這樣連續(xù)進(jìn)行10個(gè)循環(huán)，期間相關(guān)的參數(shù)也同時(shí)記錄，最終的試驗(yàn)匯總數(shù)據(jù)如表1所示。
<CTSM>表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表</CTSM>
其中，由于通用計(jì)數(shù)器每次閥門“啟→?！钡玫降臅r(shí)間為1次時(shí)間間隔，因此，10次斷續(xù)試驗(yàn)時(shí)的測量總時(shí)間t2i由10次“啟→?！睍r(shí)間間隔累加得到，源數(shù)據(jù)如表2所示。
<CTSM>表2斷續(xù)流量測量時(shí)間</CTSM>
該裝置tmin=30s，根據(jù)前面公式，計(jì)算得出:
Δt=-0.00156s，s=0.00297%，u=0.00260%
裝置的常用流量、最小流量也按此方法進(jìn)行。
通過試驗(yàn)和分析，閥門啟停過程的不對(duì)稱性主要影響B(tài)類不確定度，但由于用到了流量計(jì)脈沖來計(jì)算閥門的A類不確定度，故啟停效應(yīng)檢定很大程度受到了試驗(yàn)用流量計(jì)的影響。因此，在選用流量計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其特性，如JJG164-2000中所述，試驗(yàn)用流量計(jì)應(yīng)“穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快”，雖然啟停過程短暫，但是由于啟停的特殊性，需要選用的流量計(jì)能對(duì)極低的流量有很好的響應(yīng)，并且零點(diǎn)要比較穩(wěn)定，受介質(zhì)和環(huán)境影響小。目前，電磁、渦輪等速度式流量計(jì)雖然總體特性比較穩(wěn)定，但在微小流量時(shí)特性不是很好，受介質(zhì)流場影響大，一般檢定時(shí)往往通過換向器法來檢定，故一般的速度式流量計(jì)很難被該方法采用。
該試驗(yàn)專門對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的K系數(shù)作了一個(gè)比較分析，從表1中的K系數(shù)變化可以看出，在閥門啟停10次后，得到的流量計(jì)K2i系數(shù)與正常檢定時(shí)的K1i系數(shù)相差為萬分之幾，最大的只有0.04%。眾所周知，一般的速度式流量計(jì)經(jīng)過這樣的10次連續(xù)啟停無法很好地復(fù)現(xiàn)K系數(shù)，因此，檢定啟停法裝置時(shí)建議采用重復(fù)性好的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，在微小流量也有著較好的特性。同樣，在介質(zhì)密度比較穩(wěn)定、介質(zhì)比較清潔的情況下，也可以選用高精度的容積式流量計(jì)。另外，脈沖數(shù)的多少也影響測量準(zhǔn)確度，尤其在進(jìn)行最小流量啟停效應(yīng)時(shí)更顯得明顯。故試驗(yàn)前需要對(duì)被選用流量計(jì)的儀表系數(shù)進(jìn)行專門設(shè)置，通常情況下只要裝置采集允許，流量計(jì)輸出信號(hào)頻率應(yīng)盡量設(shè)置高一些，這樣可提高測量準(zhǔn)確度。這次試驗(yàn)前設(shè)置流量計(jì)為最大流量，對(duì)應(yīng)10000Hz。
此外，在互不影響安裝要求的前提下也可以在管路中安裝兩臺(tái)不同的流量計(jì)同步進(jìn)行啟停效應(yīng)的試驗(yàn)，通過采用不同流量計(jì)的結(jié)果的一致性和差異性來對(duì)一套裝置進(jìn)行特性分析。
三、結(jié)束語
通常的帶換向器的液體流量裝置的檢定，由于換向器一般是帶有電信號(hào)的，因此檢定相對(duì)簡單，但是在檢定啟停法的裝置時(shí)，啟停效應(yīng)的高精度測量通常難以實(shí)現(xiàn)。從這次試驗(yàn)結(jié)果看，通過這個(gè)方法可實(shí)現(xiàn)液體流量裝置啟停效應(yīng)的高精度檢定，也可以作為在使用流量裝置或建設(shè)流量裝置時(shí)對(duì)閥門啟停特性的一個(gè)高精度的驗(yàn)證方法，同樣也適用于各種類型流量計(jì)的K系數(shù)啟停影響試驗(yàn)分析。
