质量流量计检定装置
李盛
摘 要：介绍了一种流量计检定装置及其检定方法。在现有流量计容积法检定中，因为液体温度与罐体温度、环境温度不一致，需要不断温度修正，而且使用标准金属器皿作为体积标准器，因热胀冷缩等因素受环境温度影响测量误差大。而采用质量法流量计检定中，因为需要密度计，而密度计在实际测量过程中因受温度变化、环境变化及密度计准确度等级因素导致测量密度不准确误差大，测量步骤繁琐。新型流量计检定装置方法采用密度换算方法与目前采用的方式相比，不需要温度修正、不需要密度计，采用现有技术条件能大幅提高测量准确度。
关键词：流量计检定装置 称重法 新型
中图分类号：TH814 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（c）-0093-02
液体容积式流量计现场检定常用方法是容积法（容器开放式结构）；质量流量计检定常用方法是容积法与质量法。（1）容积法是使用标准计量罐，计量通过流量计的液体体积值和液体流过流量计的时间从而得出流量值；（2）质量法需要与密度计配套使用，并使用标准密度计测得流过流量计介质密度值和液体流过流量计的时间，再根据密度公式间接测量流过流量计介质体积，从而得出流量值。
1 发明内容
本发明的目的在于克服目前现有技术中存在的不足，提供一种新的流量计检定装置及采用该装置的检定方法，采用该方法检定流量计，不需要标准金属器、不需要任何温度修正，测量时全程密封环境，而且模拟实际流量计使用过程管道压力，测量数据准确，全程自动检定，使用方便。
为实现本发明的上述目的所采用的技术方案是：一种流量计检定装置，其结构特点为含有体积管Ⅰ、体积管Ⅱ、工作活塞Ⅰ、工作活塞Ⅱ、同步电机Ⅰ、同步电机Ⅱ、压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ、排放电磁阀、水平传感器、储液罐、空气电磁阀、空气压缩机、浮力限位器、可移动电机、拉力载荷传感器、称重传感器、标准金属球体、数据采集单元、分布式IO模块、计算机、串口卡、打印机，其中，所述的体积管Ⅰ、体积管Ⅱ与被检流量计管径尺寸相同，在体积管Ⅰ、体积管Ⅱ的两端分别设有法兰Ⅰ、法兰Ⅱ，工作活塞Ⅰ及工作活塞Ⅱ分别设置于体积管Ⅰ、体积管Ⅱ内，同步电机Ⅰ、同步电机Ⅱ分别通过连杆Ⅰ及连杆Ⅱ与工作活塞Ⅰ、工作活塞Ⅱ相连，保证工作活塞Ⅰ、工作活塞Ⅱ同步运行，压力传感器Ⅰ、光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ设置于体积管Ⅰ的外壁上，在体积管Ⅰ的外壁上还设有加液孔，在体积管Ⅱ上设有排液孔，排液孔通过液体排放管与排放电磁阀相连，排放电磁阀与储液罐相连，压力传感器Ⅱ设置于储液罐顶部，储液罐上部设有通气孔，通气孔通过空气管与空气电磁阀相连，空气电磁阀则通过空气管与空气压缩机相连，浮力限位器设置于储液罐内，储液罐底部设有若干个称重传感器，水平传感器设置于储液罐侧面，储液罐内设有电机滑道，电机滑道内设置可上下移动的可移动电机，可移动电机通过连杆Ⅲ与拉力载荷传感器、浮力限位器相连，拉力载荷传感器通过细线与标准球体相连。
数据采集单元分别与压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ、水平传感器、拉力载荷传感器、称重传感器、串口卡相连，用于采集压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ、水平传感器、拉力载荷传感器、称重传感器信号。
分布式IO模块分别与同步电机Ⅰ、同步电机Ⅱ、排放电磁阀、空气电磁阀、浮力限位器、可移动电机、空气压缩机、串口卡相连，用于输出同步电机Ⅰ、同步电机Ⅱ、排放电磁阀、空气电磁阀、浮力限位器、可移动电机、空气压缩机信号。
计算机与串口卡及打印机相连，用于现场打印数据。本发明所述的光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ、拉力载荷传感器、称重传感器的准确度等级最好达到0.01%。
2 检定方法
一种利用上述流量计检定装置检定流量计的方法，其特征是按下列步骤进行的：（1）通过法兰Ⅰ、法兰Ⅱ将被检流量计分别安装于体积管Ⅰ、体积管Ⅱ的两端；（2）在加液孔注入与实际通过流量计液体相同的液体，并封闭加液孔；（3）调整体积管Ⅰ、体积管Ⅱ及被检流量计至水平状态；（4）调整体积管Ⅰ及体积管Ⅱ内的工作活塞Ⅰ、工作活塞Ⅱ位置，使体积管Ⅱ内的工作活塞Ⅱ抵近被检流量计；（5）调整工作活塞Ⅰ位置，使体积管Ⅰ内的液体压力恒定，达到与实际管道压力相符；（6）将被检流量计数据清零；（7）将光电传感器Ⅰ时间信号清零、光电传感器Ⅱ的位置信号清零；（8）通过计算机启动同步电机Ⅰ、同步电机Ⅱ，同时触发光电传感器Ⅰ开始计时，保持体积管Ⅰ内液体压力恒定，当移动工作活塞Ⅰ至抵近被检流量计时，触发光电传感器Ⅱ，光电传感器Ⅰ计时结束，从数据采集单元读出光电传感器Ⅰ时间t，该时间t为恒定压力下，液体流过被检流量计的时间；（9）读出被检流量计仪表示值Q1；（10）打开排放电磁阀，将流过被检流量计到达体积管Ⅱ内的液体排放入储液罐内，关闭排放电磁阀并切断液体排放管的连接；（11）在储液罐内测量流过被检流量计液体的体积，测量方法如下。
①调整安装在储液罐上的水平传感器，使储液罐处于水平状态，将储液罐底部称重传感器读数清零，将体积管Ⅱ内液体排放至储液罐，待储液罐底部的称重传感器数值稳定后，在数据采集单元读出其重量数值M，该数值是储液罐内被测液体实际重量。
②在儲液罐内的拉力载荷传感器上通过细线悬挂质量为M1、体积为V1的实心标准金属球，通过储液罐内浮力限位器调整拉力载荷传感器的上下位置，将实心标准金属球完全浸没到储液罐内的液体中，利用安装在储液罐上的空气电磁阀调整储液罐内压力，使之与体积管Ⅰ的压力相同，待拉力载荷传感器稳定后，从数据采集单元读出拉力载荷传感器的拉力示值T。
③根据实心标准金属球的质量M1、实心标准金属球的体积V1、拉力载荷传感器测到的拉力示值T、罐体内被测液体的实际重量M，利用公式计算出罐体内被测液体体积。
④将步骤③中计算的被测液体体积，利用拉力载荷传感器测量实心标准金属球重力与浮力的关系，间接测量液体密度，数据采集单元根据液体密度与液体质量换算出被检流量计液体的体积。
设实心标准金属球的质量为M1，体积为V1，将其悬挂在拉力载荷传感器下，并将其浸没入待测液体中，则有：
M1g-ρV1g=T （1）
式中，ρ为待测液体密度，g为重力加速度，T为拉力载荷传感器测到的拉力示值
则罐体内液体密度为：
ρ=（M1g-T）/V1g （2）
儲液罐内被测液体体积为：
V=M/ρ=M/﹝（M1g-T）/V1g﹞ （3）
则流过被检流量计的标准流量为Q2=V/t；根据读出的被检流量计示值读数Q1。
计算出示值误差△=Q1-Q2。
根据误差大小，判定被检流量计是否合格。
3 本发明的优点
本发明具有如下优点：
（1）采用称重法测量流过被检定流量计液体体积，无论温度如何变化，被测液体重量不会发生变化，检定结果不受温度影响，无需考虑任何温度的修正值。
（2）由于采用称重法的检定方法，因此不需要标准金属器皿，也不会因为罐体意外变形而影响检定结果，更无需考虑罐体因为热膨胀引起的罐体体积随温度变化，不需要任何温度修正。
（3）由于没有现有技术中的液位读数装置，可避免视线与液面不水平等因素产生读数误差或者避免电子液位装置测量引入的测量误差。
（4）本发明误差影响因素少，所用的重力载荷传感器、拉力载荷传感器可以达到0.01%的准确度等级，实心金属球体的重量与体积测量同样可以达到0.01%，时间测量可达到0.01%准确度等级，故检定结果的准确度也可达到0.01%，所以本发明不仅能完全满足检定要求，而且实际测量系统稳定、准确度更高。
参考文献
[1] 杨焕彩.基于LabVIEW的流量计标定系统研究[D].西北农林科技大学，2009.
[2] 李峥.水流量标准装置不确定度和流量稳定性研究[D].天津大学，2009.
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