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湿式气体流量计的原理与校准

湿式气体流量计是一种典型的容积式流量计,是一种能记录一时间段内流过气体总量的累积式流量仪表。当气体流过湿式流量计时,内部机械运动件在气体动力作用下,把气体分割成单个已知回
湿式气体流量计的原理与校准
 
  湿式气体流量计是一种典型的容积式流量计,是一种能记录一时间段内流过气体总量的累积式流量仪表。当气体流过湿式流量计时,内部机械运动件在气体动力作用下,把气体分割成单个已知回转体积,并进行重复不断地充满和排空,通过机械或电子测量技术记录其循环次数,得到气体的累积流量。湿式气体流量计由于自身的特点,通常在实验室场合使用。
 
  一 、湿式气体流量计的计量原理与结构
 
  (一) 结构原理
 
  湿式气体流量计约在十九世纪初在英国诞生,经多次技术改进和原理完善变成现在的样式(见图1)。它是一个圆形封闭的壳体,后面有进气管,上面是出气管,进气和出气以水或油封闭隔离(下面以水为例说明,油也同理)。上面安装有水平仪和测量温度与压力的连接孔,后下侧有放水阀,侧面有一个控制液面的溢水阀口,底部是3个可调底脚,可调整使整机呈水平状态,前面是大圆盘的指针计数器和5位数字式计数器,它的内部结构如图2所示。湿式气体流量计的容积是被叶片和转筒分成4(或5)个螺旋状隔离腔的小计量室,滚筒平卧在壳内的水中(一半以上浸水),靠横轴支撑,转动灵活。原则上当一个计量室在充气时,至少有另外一个计量室在排气。一个计量室充满气体后,必须进入排气位置,所以一个计量室的排气口的起点和充气口的封闭点一定要同步地在液位线上。实际运行时,充气侧的液位线低于排气侧的液位线,排气口的起点比充气口的封闭点滞后一点。
 
  (二)水平及液位调整
 
  湿式气体流量计的计量容积主要是靠液位调节器控制,当安装到位并调整到水平(调整底脚螺柱)状态后,要求湿式气体流量计上的横向及纵向的水平仪的气泡必须在零位。拧开溢水阀,从上进水口灌注一定量的纯净水,当水满(壳内外水平面呈同一水平状态)时会从溢水阀溢出,等不再溢出后,关闭溢水阀就可以进行检测。这项工作很重要,溢水阀的位置高低在出厂检定时已经调节好,一般无需改动。根据需要,湿式表中的水也可换成白油(5号)。由于湿式表中只有一根中轴转动,机械摩擦小,湿式表的压力损失很低(一般只有几百帕),波动极小。它的规格通常有0.5L、1.5L、l0L、20L等,工作压力一般不高于1500Pa,计量范围内准确度等级可达0.5级、0.2级。
 
  图1 湿式气体流量计


 
  图2 湿式气体流量计侧面视图


 
  液位是决定湿式气体流量计计量准确度的主要因素之一,直接影响计量准确度。使用湿式气体流量计要确认液位线的正确位置。液位计的类型如下:
 
  1、液面透明箱式
 
  如图3所示,具有液面清晰优点,但是计量员容易产生目测液面位置的不准确的错误。
 
  图3 液面透明箱式液位计


 
  2、溢流式
 
  溢流式液位计调整方法简单,加入液体直到溢出为止,要关闭阀门,才能正常使用。但是由于液体表面张力的原因,溢流管的边缘状态变化,会产生偏差。
 
  3、针尖反射式
 
  利用液面针尖反射成像的原理,清楚地观察到液位的变化,任何计量员都可以很容易地对准液位,这是目前较科学的一种方法。如图4所示。


 
  图4  针尖反射式液位计
 
  湿式气体流量计很少用于现场燃气的计量,由于它的使用条件要求较高,如水平面必须校准,必须经常检查液面高度,必须安放在没有振动的室内、保持恒温,要求被测气体的气质干净,工作压力又不能太高,使用起来较麻烦,但是由于它的计量准确度可以做到很高(优于0.2级),压力损失小,是一种受被测气体密度和动力黏度影响小的容积式流量计,量程比很宽(100:1),所以常用于实验室中,或作为标准表来校验膜式燃气表等小流量类的气体流量计,它也可以同时串联检测多台膜式燃气表,作为膜式表的生产制造商的标准表,可提高生产检测效率。(但是同时串联检测多台膜式燃气表时一定要注意进行压力补偿计算,否则检定结果错误。)
 
  流量计的绝对误差可用下式表示:
 
  ------------------    (1)
 
  式中: V1——流量计示值(L);
 
  V ——流经流量计的实际值(L)。
 
  为便于比较,流量计的误差常用相对误差表示,有
 
  -------------------       (2)
 
  在流量计的工作过程中,其测量元件之间,测量元件与壳体之间会相继地出现“计量室”,而且在正确计量的情况下,要求气体充满整个“计量室”。只要知道所构成的“计量室”的容积、测量元件动作一次所构成“计量室”的次数以及测量元件动作的次数,就能知道流经流量计的体积流量。若把“计量室”的容积记作V’,把构成“计量室”的次数记作N,则经N次“计量室”计量的体积流量V为
 
  ----------------------      (3)
 
  另外,测量元件在动作过程中所构成的N个“计量室”是通过一系列齿轮传动机构的变换,最终以数字的形式指示出来,若把N个“计量室”计量后的、在流量计上显示的值记作V1,则N与V1之间的关系可用下式表示:
 
  ---------------------      (4)
 
  式中:α——是由传输N个“计量室”值的齿轮比和旋转一圈的刻度值所决定的常数,称作传输系数。
 
  将式(4)代入式(3),可得
 
  ----------------      (5)
 
  将式(5)代入式(1),可以得到流量计的误差
 
  --------------------------      (6)
 
  式(6)就是流量计的误差特性,很显然,这一误差特性完全由流量计中所构成的“计量室”容积V’和齿轮传输系数α的比值所决定的,是直接与流量计的工作原理、结构形式、齿轮传输方式有关,与流体的形状和流动状态无关。这是流量计的重要特性之一。从公式(6)不难看出,当传输系数α大于“计量室”容积V’时,出现正偏差,表示指示值大于实际流过的量,相反,当α<V’时,出现负偏差,表示指示值小于实际流过的量。相等时的误差为零,误差曲线是与流量大小无关的一条水平直线。
 
  但这仅仅是一种理想的情况,实际上这种流量计还会受到各种因素的影响,例如漏气量的影响;压力损失影响;流体粘度和密度的影响等。所以实际情况下,流量计的误差曲线不可能是一条与流量大小无关的直线。
 
  使用注意事项:要考虑到密封液体与被检测气体有无化学物理反应,如氨气易溶解于水,所以测量氨气时,水就不能做密封液体。或者其它化学气体与水反应结合生成另外物质的情况应该注意。
 
  湿式气体流量计的检定一般采用更高准确度等级的钟罩式气体流量标准装置,活塞式气体流量标准装置,或标准表装置做标准。检测qmax和0.2qmax两流量点。试验时,各流量点的实际流量与规定检定流量偏差不超过5%。每一流量点至少试验2次。
 
  二 、校准和典型应用
 
  LM系列湿式气体流量计是实验室常用的仪表之一。在测量气体体积总量时,其准确度较高,特别是小流量时,它的误差小。可直接用于测量气体流量,也可用来作标准仪器检定其它流量计。
 
  湿式气体流量计每个气室的有效体积是由预先注入流量计的水面控制的,所以在使用时必须检查水面是否达到预定的位置,安装时,仪表必须保持水平。
 
  LM系列湿式气体流量计主要分两种型号:
 
      普通型,采用黄铜材料,一般在无腐蚀气体范围内使用。
 
    防腐型,采用不锈钢材质,可测量腐蚀性气体。
 
  1、湿式气体流量计选型
 
  型号 LML-1(普通)、 LML-2(普通)、 LMF-1(防腐)、LMF-2(防腐)
 
  2、基本参数
 
  鼓轮每转流量(m3) 0.002  0.005
 
  额定流量(m3/h) 0.2  0.5
 
  最高流量记录(m3) 100  100
 
  超额流量(m3/h) 0.3  0.75
 
  最小刻度值(m3) 0.1×10-4   0.25×10-4
 
  正常压力值(Pa) 1000   1000
 
  额定流量时准确度达到1级或者0.5级。
 
  3、使用方法
 
  (1)将仪表摆放在工作台上,调整地脚螺钉使水准器水泡位于中心,并在使用中要长期保持。
 
  (2)打开水位控制器密封螺帽,拉出内部的毛线绳。
 
  (3)在温度计或压力计的插孔内,向仪表内注入蒸馏水,待蒸馏水从水位控制器孔内流出时即停止注入蒸馏水,当多余的蒸馏水从水位控制器孔内顺着毛线绳流干净(约5~10分钟流出一滴时即为流干净),将毛线绳收入水位控制器密封螺帽内,并且拧紧密封螺帽。
 
  (4)装好温度计和压力计。(每一小格10Pa)
 
  (5)按进出气方向连接好气路,并且保持密封。
 
  4、注意事项
 
  (1)使用过程中,要经常注意仪表内水位保持,否则将影响测量准确性。
 
  (2)使用中,温度应保持在15~25℃之间,气温与室温相同,其温差应≤2℃。
 
  (3)最好在仪表指针运转数周后再进行读数。
 
  (4)当被测气体的压力超过正常压力值1~6倍(1~6)kPa时,仪器仍然可以进行工作,此时应将压力计取下,用无孔橡皮塞堵住压力计安装孔。
 
  (5)当被测气体的流量超过额定流量至超额流量范围内使用时,仪器仍然可以进行工作,但此时测量的精度会有所降低。
 
  (6)仪表在长期不使用时,应将仪表内的蒸馏水放干净,排放时先使用放水阀,然后将表头向下,再将出气管向下,这样反复几次,才能将鼓轮内的水放净。
 
  (7)仪表不宜置于过冷室内安装,以免内部结冰。
 
  (8)在正常使用情况下,至少每年检验一次。
 
  5、湿式气体流量计的校准调整方法:
 
  (1)检定前准备工作:加液、恒温、整机水平调整、液位调整、吹管排液干净,每一个步骤都不能少。
 
  (2)选择合适读数方式:对于机械表头类的流量计最好采用光电转换的方式采样,自动读数,实现自动化检测,否则流量计重复性不能实现。
 
  (3)超差液位调整后需重新检定。
 
  6、校准时注意事项:
 
  (1)进口湿式气体流量计(表针不动,或不稳一般气管内进液了,要排尽液体)
 
  (2)国产湿式气体流量计(背后有机械调整的螺母,用尖嘴钳调整,液位的线要放在液口里。)
 
  (3)湿式气体流量计表前压力要注意观察记录,如果压力差异大一定要查找原因。
 
  三、结束语
 
  湿式气体流量计要求正确使用才能发挥它的作用。当用户(如生产厂家)使用已经在计量部门校准过的湿式气体流量计时,一定要求按照计量部门校准好的液位线,结合校准证书是否有仪表系数才能正确、科学地使用湿式气体流量计为本单位正确地溯源量值,保证流量量值的正确传递。
 
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