0 引言
在測(cè)量流量<20m3/h的過程中，濕式氣體流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱濕式表、儀表）以其無泄漏的特點(diǎn)和卓越的測(cè)量穩(wěn)定性，得到廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展。荷蘭NMi建立以濕式表為傳遞標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)的流量測(cè)量裝置[1]，開展對(duì)鐘罩校準(zhǔn)測(cè)量和膜式燃?xì)獗淼男褪綑z驗(yàn)。德國(guó)PTB以濕式表為標(biāo)準(zhǔn)表，開展對(duì)小喉徑臨界流噴嘴流出系數(shù)的校準(zhǔn)。我國(guó)越來越多的強(qiáng)檢機(jī)構(gòu)和燃?xì)庥镁咧圃鞆S，依據(jù)膜式燃?xì)獗碛?jì)量檢定規(guī)程[2]、燃具實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)裝置配備要求[3]，建立以濕式表為標(biāo)準(zhǔn)表的計(jì)量裝置。
濕式表屬于定排量容積式流量計(jì)[4]，上一級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其校準(zhǔn)時(shí)一般要按照濕式表的整回轉(zhuǎn)數(shù)倍體積進(jìn)行校準(zhǔn)[5]。但濕式表在使用時(shí)，單次測(cè)量累積流量一般不是整回轉(zhuǎn)數(shù)倍體積。當(dāng)測(cè)量體積較少時(shí)，測(cè)量誤差增大，定排量容積式流量計(jì)存在回轉(zhuǎn)誤差這一缺點(diǎn)就顯露出來了。因此，如何確定儀表回轉(zhuǎn)誤差，或設(shè)置相關(guān)條件控制回轉(zhuǎn)誤差就值得研究和探討。
1 結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理
濕式表由外殼體、轉(zhuǎn)筒、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)及表盤等組成。濕式表的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
殼體內(nèi)盛有低黏度油或清水作為封液，轉(zhuǎn)筒直徑的3/5浸入在液體中，封液隨氣體流入和流出作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)筒呈圓筒形，被若干葉片（通常為3～5片）分隔成互不通氣、理論容積相等的曲折計(jì)量容腔，轉(zhuǎn)軸水平擱置在前后外殼端蓋中心。轉(zhuǎn)筒后端蓋與葉片組成一個(gè)進(jìn)氣室，開口處是計(jì)量腔的進(jìn)氣口，前端面葉片開口處是計(jì)量腔的排氣口。外殼頂部有一組儀表水平基準(zhǔn)器，側(cè)面設(shè)有液位高度基準(zhǔn)器。工作時(shí)，利用進(jìn)出口間的氣體壓差力，推動(dòng)轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)。夾裝在轉(zhuǎn)筒主軸上的指針和主動(dòng)齒輪隨轉(zhuǎn)筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)一定速比的從動(dòng)齒輪傳動(dòng)，將轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)次數(shù)轉(zhuǎn)換成容積，由機(jī)械計(jì)數(shù)器累積計(jì)量。高精度濕式表還配裝溫度計(jì)、壓力計(jì)、數(shù)字信號(hào)接口。
圖2為濕式表工作原理圖，數(shù)字1、2、3、4為四個(gè)鼓輪計(jì)量腔的編號(hào)。計(jì)量腔離開水面是進(jìn)氣開始，浸入水中時(shí)，隨著浸入深度的增加而不斷地把氣體排擠出去。
2 誤差特性
2.1 示值誤差特性
流量示值誤差是濕式表的重要計(jì)量特性。儀表采用液體密封，無泄漏流量存在，其流量示值誤差特性曲線與其他氣體容積式流量計(jì)特性曲線有顯著差別。流量越大，表內(nèi)液位差也越大，計(jì)量腔體積增大，示值誤差趨負(fù)值。圖3為流量示值誤差曲線示意圖。
由圖3可知，當(dāng)小于公稱流量Qn時(shí)，液位趨于恒定，誤差特性曲線呈近似于平直的理論曲線[6]，儀表精確度幾乎可校準(zhǔn)到傳遞標(biāo)準(zhǔn)的相同量級(jí)。
2.2 回轉(zhuǎn)誤差特性
回轉(zhuǎn)誤差是指轉(zhuǎn)筒在循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中的示值偏差。它反映組成轉(zhuǎn)筒的若干個(gè)計(jì)量腔的空間體積的一致程度，即輸出體積對(duì)應(yīng)均勻分布的儀表表盤或編碼盤（脈沖輸出）的線性度。轉(zhuǎn)筒循環(huán)一個(gè)周期間，回轉(zhuǎn)誤差周期性地出現(xiàn)一次，僅與轉(zhuǎn)角有關(guān)。回轉(zhuǎn)誤差是系統(tǒng)偏差，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)一整圈（360°）的示值誤差f（Q）只與流量大小有關(guān)（當(dāng)然還與封液水平調(diào)整等有關(guān)）。參照文獻(xiàn)[7]，對(duì)轉(zhuǎn)角為Ф的儀表示值修正f（Q）后，得到的回轉(zhuǎn)誤差為：
式中：V.（Φ）為參比體積；V（Ф）為儀表示值；f（Q）為相對(duì)于儀表的示值誤差（根據(jù)流量誤差校準(zhǔn)曲線）。
轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)過dΦ角度，儀表示值累加dA為：
式中：U為濕式表每轉(zhuǎn)一圈的體積值，即回轉(zhuǎn)體積。該角增量的參比體積為：
回轉(zhuǎn)誤差為：
函數(shù)s（Ф）與計(jì)量腔的幾何形狀相關(guān)。若計(jì)量腔相互間幾何形狀完全一致，s（Ф）=U/（2π）為常數(shù)，dA=dV.。實(shí)際中，各計(jì)量腔間的幾何尺寸存在差異，但經(jīng)分析后得出，這個(gè)差異可忽略。對(duì)式（5）積分得：
設(shè)轉(zhuǎn)筒的初始轉(zhuǎn)角位置Ф=0、儀表示值A(chǔ)=0、參比體積V.=0，定義此時(shí)的回轉(zhuǎn)誤差Fp（0）=0。儀表示值和參比體積都是轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)角的函數(shù)，F(xiàn)p（Ф）值在轉(zhuǎn)筒每一循環(huán)中重復(fù)出現(xiàn)一次，周期2π。任意兩位置Ф1和Ф2之間的回轉(zhuǎn)誤差為：
初始位置Ф1和終止位置Ф2表明回轉(zhuǎn)誤差僅與轉(zhuǎn)角有關(guān)，與轉(zhuǎn)了多少圈無關(guān)，和Fp（Ф）在兩角度之間的曲線也無關(guān)。
3 實(shí)驗(yàn)分析
本實(shí)驗(yàn)選用0.05級(jí)活塞式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，兩臺(tái)濕式表的準(zhǔn)確度等級(jí)均為0.2級(jí)。1號(hào)實(shí)驗(yàn)表的型號(hào)為25L/r、回轉(zhuǎn)體積為25L、脈沖體積當(dāng)量為0.025L/P、封液介質(zhì)為2號(hào)白油，制造商為荷蘭愛拓利。2號(hào)實(shí)驗(yàn)表的型號(hào)為SQ210、回轉(zhuǎn)體積為10L、脈沖體積當(dāng)量為0.01L/P、封液介質(zhì)為5號(hào)白油，制造商為四川三協(xié)儀器儀表有限公司。
試驗(yàn)按10個(gè)均分點(diǎn)，每一點(diǎn)測(cè)量3次，取其平均值。修正試驗(yàn)流量下的示值誤差后，回轉(zhuǎn)誤差如表1所示。
從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，采用整回轉(zhuǎn)體積測(cè)量，無回轉(zhuǎn)誤差；測(cè)量越接近整回轉(zhuǎn)體積，回轉(zhuǎn)誤差越小。實(shí)驗(yàn)用兩臺(tái)表的準(zhǔn)確度等級(jí)相同，但其回轉(zhuǎn)誤差優(yōu)劣相差很大。若按回轉(zhuǎn)誤差值計(jì)算儀表示值相對(duì)誤差，結(jié)果將呈現(xiàn)相對(duì)誤差超過儀表準(zhǔn)確度等級(jí)對(duì)應(yīng)的最大允許誤差?？紤]到氣體計(jì)量易受溫度、壓力的影響，測(cè)量時(shí)間不宜過長(zhǎng)。從工作效率而言，測(cè)量體積也應(yīng)盡可能的小。一種有效的辦法就是使用整回轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)量，但實(shí)踐中很難做到。根據(jù)儀表回轉(zhuǎn)誤差的大小規(guī)定其最小測(cè)量體積，不失為一種有效控制測(cè)量誤差的辦法。濕式表的體積讀數(shù)與轉(zhuǎn)角成正比，實(shí)際測(cè)量時(shí)的參數(shù)是體積而不是轉(zhuǎn)角Ф，根據(jù)式（6）有：
式中：
不同的濕式表有不同的回轉(zhuǎn)誤差曲線；同一濕式表若指針安裝位置改變，回轉(zhuǎn)誤差曲線也改變。根據(jù)所得回轉(zhuǎn)誤差FP（Ai）、最大和最小回轉(zhuǎn)誤差以及指針的相對(duì)位置（讀數(shù)Ai），按式（7）所表達(dá)的極值差，可知出現(xiàn)誤差最大（最大回轉(zhuǎn)誤差）的位置，即：
若要求濕式表回轉(zhuǎn)誤差不超過0.25%、規(guī)定相鄰U/10刻度值之間的偏差不超過10%，那么允許最小測(cè)量體積為：
最少回轉(zhuǎn)圈數(shù)為：
相鄰刻度間的偏差為：
由表1知，1號(hào)流量表的允許最小測(cè)量體積、最少回轉(zhuǎn)圈數(shù)、相鄰刻度間的偏差分別為：
濕式表相臨間的回轉(zhuǎn)誤差較大，不滿足式（11）。2號(hào)流量表的偏差計(jì)算如下：
顯然，式（12）滿足式（11）。
4 結(jié)束語
濕式氣體流量計(jì)的誤差特性曲線是指流量示值誤差校準(zhǔn)曲線和回轉(zhuǎn)誤差特性曲線。制造商明示的儀表準(zhǔn)確度等級(jí)，通常是指使用整回轉(zhuǎn)測(cè)量時(shí)的測(cè)量精度。相同準(zhǔn)確度等級(jí)的儀表，回轉(zhuǎn)誤差優(yōu)劣有可能相差很大，建議對(duì)該類流量計(jì)的校準(zhǔn)應(yīng)增加回轉(zhuǎn)誤差試驗(yàn)項(xiàng)目，在測(cè)量不確定度評(píng)定時(shí)不應(yīng)遺忘該分量。濕式流量計(jì)的使用特點(diǎn)是整回轉(zhuǎn)體積使用，整回轉(zhuǎn)體積測(cè)量有困難時(shí)，可依據(jù)回轉(zhuǎn)誤差的大小，規(guī)定其最小測(cè)量體積，以控制儀表回轉(zhuǎn)誤差引入的測(cè)量誤差。
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