一種氣體流量標準裝置及其應用方法
【專利摘要】本發明提供一種新型的氣體流量標準裝置及其應用方法。該氣體流量標準裝置，主要包括標準流量計組、被檢流量計試驗臺、信號采集和控制系統、氣體循環動力系統以及高壓氣源；其中，標準流量計組、被檢流量計以及氣體循環動力系統依次通過管路連通構成封閉回路；信號采集和控制系統在標準流量計組、被檢流量計所在管路段分別設置有溫度測量單元和壓力測量單元，并對高壓風機、熱交換器和封閉回路中的各個流量調節閥門進行控制。該氣體流量標準裝置占地面積小、檢測氣體壓力穩定可調，運行時噪音低且運行能耗低。
【專利說明】一種氣體流量標準裝置及其應用方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種氣體流量標準裝置。
【背景技術】
[0002]氣體流量標準裝置是用于氣體流量計檢測校準的試驗裝置，屬于各種氣體流量計的上一級工作標準。
[0003]目前，國內氣體流量標準裝置主要有兩種原理:即音速噴嘴法氣體流量標準裝置和標準表法氣體流量標準裝置，按壓源不同又分為:負壓抽氣式和正壓直排式。對于音速噴嘴法氣體流量標準裝置和標準表法氣體流量標準裝置，無論采用負壓抽氣法或正壓直排法均存在以下缺點:
[0004]負壓抽氣式:
[0005]I)不符合流量計使用工況，無法檢測高壓流量計；
[0006]2)檢定工作環境無法滿足，直接抽取實驗室氣體；
[0007]3 )設備運行噪音大，開口工作方式。
[0008]正壓直排式:
[0009]I)聞壓群占地面積大，造價聞；
[0010]2)高壓氣體直接排至大氣，浪費能源；
[0011]3)壓力調節和流量穩定難以保證。

【發明內容】

[0012]為克服上述傳統方案存在的缺陷，本發明提供一種新型的氣體流量標準裝置，占地面積小、檢測氣體壓力穩定可調，運行時噪音低且運行能耗低。
[0013]本發明的基本解決方案如下:
[0014]該氣體流量標準裝置，主要包括標準流量計組、被檢流量計試驗臺、信號采集和控制系統、氣體循環動力系統以及高壓氣源；其中，標準流量計組、被檢流量計以及氣體循環動力系統依次通過管路連通構成封閉回路；所述氣體循環動力系統包括緩沖容器、熱交換器以及適用于不同流量范圍的兩個高壓風機，緩沖容器具有至少三個接口，第一接口用以接至高壓氣源充入高壓氣體，第二接口經管道伸縮器接至被檢流量計的出口，第三接口通過進氣直管接至第一高壓風機的進氣口，并由該進氣直管引出支管接至第二高壓風機的進氣口，這兩個高壓風機的出氣口分別對應接至熱交換器的兩個輸入口，熱交換器的主輸出口經由標準流量計組接至被檢流量計的入口，熱交換器還設置有回流接口經回流管路接至所述進氣直管；所述信號采集和控制系統在標準流量計組、被檢流量計所在管路段分別設置有溫度測量單元和壓力測量單元，并對高壓風機、熱交換器和封閉回路中的各個流量調節閥門進行控制。
[0015]基于上述基本技術方案，本發明還進行如下優化限定和改進:
[0016]上述標準流量計組采用不同口徑以及流量測量范圍的多個標準流量計集合組成，所述標準流量計選擇渦輪流量計、羅茨流量計或層流流量計；或者選擇一組臨界流文丘里噴嘴作為標準流量計組。
[0017]上述第一高壓風機為高壓離心風機，第二高壓風機為高壓羅茨風機。
[0018]上述熱交換器及其回流管路采用壓縮機/冷媒循環降溫裝置，或者采用水泵/冷卻水循環系統。
[0019]上述信號采集和控制系統通過變頻器對高壓風機、熱交換器和封閉回路中的各個流量調節閥門進行調節。
[0020]應用上述的氣體流量標準裝置，進行氣體流量計檢測校準，主要包括以下步驟:
[0021]I)將被檢流量計固定密封安裝在試驗臺上；
[0022]2)根據被檢流量計的特性和要求，將高壓氣源的氣體介質充入封閉回路中至一定的壓力，檢測并確保封閉回路的密封性；
[0023]3)利用變頻器選擇設置適當的流量點和溫度點，開啟高壓風機和熱交換器，使氣流在管路系統中循環流動，待氣流的壓力、溫度穩定后開始檢測；
[0024]4)采集標準流量計處和被檢流量計處的壓力、溫度和流量信號，通過相應的數據處理，計算得出被檢流量計的示值誤差。
[0025]本發明具有以下優點:
[0026]占地面積小、不需專建泵房；
[0027]檢測氣體壓力穩定，沒有減壓閥；
[0028]噪音低，檢測時管道全封閉，沒有開口；
[0029]與正壓直排式裝置相比，設備運行能耗低；
[0030]檢測氣體壓力(0.1?I) MPa可調，由注入氣體確定；
[0031]檢測氣體溫度、密度可調；
[0032]氣體介質可選，空氣和其他惰性氣體；
[0033]封閉循環檢測方法，檢測環境條件容易保證。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發明的結構示意圖。
[0035]其中，1-高壓氣源；2_緩沖容器；3_管道伸縮器；4_大風機；5_小風機；6_熱交換器；7_數據采集控制系統；8_標準流量計組；9_被檢流量計；10_溫度測量；11_壓力測量。
【具體實施方式】
[0036]本發明提出的氣體流量標準裝置在原理上有別于傳統方案，是一種高壓正循環標準表法氣體流量標準裝置。
[0037]如圖1所示，本發明主要包括以下組成部分:
[0038]( I)標準流量計組:
[0039]標準流量計可以選擇渦輪流量計、羅茨流量計和層流流量計，以適當的口徑和流量測量范圍集合成標準流量計組。也可以選擇臨界流文丘里噴嘴為標準流量計，不過采用這種方式功耗相對較大。
[0040]( 2 )被檢流量計試驗臺:[0041]試驗臺包括流量計前、后直管段，測溫、測壓裝置和管道伸縮器。通過變徑適用于不同類型、不同長度和口徑的流量計。
[0042]( 3)信號采集和控制系統:
[0043]基于IabVIEW的信號采集系統，對溫度、壓力和流量變送器輸出的模擬信號進行采集和處理。基于PLC和觸摸屏結合的控制系統，可以通過變頻器對風機、熱交換和流量調節閥門進行控制。測控系統操作方便、穩定可靠、準確度高。
[0044](4)氣體循環動力系統:
[0045]為了降低能耗，裝置的氣體循環動力系統，在大流量(> 500m3/h)運轉條件下使用高壓離心風機；在小流量(I~500m3/h)運轉條件下使用高壓羅茨風機；熱交換系統采用壓縮機/冷媒循環降溫裝置(或水泵/冷卻水循環系統)。
[0046]緩沖容器和熱交換容器，一方面可以消除氣流的脈動，另一方面可以平衡由于氣體長時間循環流動所產生的溫度升高。風機出口設有可調節回流管路，以使風機安全運行。
[0047]本發明的工作原理如圖1所示:風機啟動后，封閉管道系統內的氣體依箭頭所指方向循環流動，依次流經標準流量計和被檢測流量計，通過比對兩者的示值，計算被檢測流量計的誤差。
[0048]本發明進行氣體流量計檢測校準的具體操作流程如下:
[0049]I)將被檢流量計固定密封安裝在試驗臺上。
[0050]2)根據被檢流量計的特性和要求，將高壓氣源的氣體介質充入封閉的試驗管路中至一定的壓力，檢測管路系統的密封性。
[0051]3)利用變頻器選擇設置適當的流量點和溫度點，開啟風機和熱交換系統，使氣流在管路系統中循環流動，待氣流的壓力、溫度穩定后開始檢測。
[0052]4)利用信號采集系統測量標準流量計處和被檢流量計處的壓力、溫度和流量信號，通過相應的數據處理，按公式(I)計算得出被檢流量計的示值誤差δ。
【權利要求】
1.該氣體流量標準裝置，其特征在于:包括標準流量計組、被檢流量計試驗臺、信號采集和控制系統、氣體循環動力系統以及高壓氣源；其中，標準流量計組、被檢流量計以及氣體循環動力系統依次通過管路連通構成封閉回路；所述氣體循環動力系統包括緩沖容器、熱交換器以及適用于不同流量范圍的兩個高壓風機，緩沖容器具有至少三個接口，第一接口用以接至高壓氣源充入高壓氣體，第二接口經管道伸縮器接至被檢流量計的出口，第三接口通過進氣直管接至第一高壓風機的進氣口，并由該進氣直管引出支管接至第二高壓風機的進氣口，這兩個高壓風機的出氣口分別對應接至熱交換器的兩個輸入口，熱交換器的主輸出口經由標準流量計組接至被檢流量計的入口，熱交換器還設置有回流接口經回流管路接至所述進氣直管；所述信號采集和控制系統在標準流量計組、被檢流量計所在管路段分別設置有溫度測量單元和壓力測量單元，并對高壓風機、熱交換器和封閉回路中的各個流量調節閥門進行控制。
2.根據權利要求1所述的氣體流量標準裝置，其特征在于:所述標準流量計組采用不同口徑以及流量測量范圍的多個標準流量計集合組成，所述標準流量計選擇渦輪流量計、羅茨流量計或層流流量計；或者選擇一組臨界流文丘里噴嘴作為標準流量計組。
3.根據權利要求1所述的氣體流量標準裝置，其特征在于:所述第一高壓風機為高壓離心風機，第二高壓風機為高壓羅茨風機。
4.根據權利要求1所述的氣體流量標準裝置，其特征在于:所述熱交換器及其回流管路采用壓縮機/冷媒循環降溫裝置，或者采用水泵/冷卻水循環系統。
5.根據權利要求1所述的氣體流量標準裝置，其特征在于:信號采集和控制系統通過變頻器對高壓風機、熱交換器和封閉回路中的各個流量調節閥門進行調節。
6.應用如權利要求1所述的氣體流量標準裝置，進行氣體流量計檢測校準的方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)將被檢流量計固定密封安裝在試驗臺上； 2)根據被檢流量計的特性和要求，將高壓氣源的氣體介質充入封閉回路中至一定的壓力，檢測并確保封閉回路的密封性； 3)利用變頻器選擇設置適當的流量點和溫度點，開啟高壓風機和熱交換器，使氣流在管路系統中循環流動，待氣流的壓力、溫度穩定后開始檢測； 4)采集標準流量計處和被檢流量計處的壓力、溫度和流量信號，通過相應的數據處理，計算得出被檢流量計的示值誤差。
【文檔編號】G01F25/00GK103471686SQ201310425859
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】張駕翔, 張瑜 申請人:陜西天儀智能儀表有限公司