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濕式氣體流量計的原理與校準

濕式氣體流量計是一種典型的容積式流量計,是一種能記錄一時間段內流過氣體總量的累積式流量儀表。當氣體流過濕式流量計時,內部機械運動件在氣體動力作用下,把氣體分割成單個已知回
濕式氣體流量計的原理與校準
 
  濕式氣體流量計是一種典型的容積式流量計,是一種能記錄一時間段內流過氣體總量的累積式流量儀表。當氣體流過濕式流量計時,內部機械運動件在氣體動力作用下,把氣體分割成單個已知回轉體積,並進行重複不斷地充滿和排空,通過機械或電子測量技術記錄其循環次數,得到氣體的累積流量。濕式氣體流量計由於自身的特點,通常在實驗室場合使用。
 
  一 、濕式氣體流量計的計量原理與結構
 
  (一) 結構原理
 
  濕式氣體流量計約在十九世紀初在英國誕生,經多次技術改進和原理完善變成現在的樣式(見圖1)。它是一個圓形封閉的殼體,後麵有進氣管,上麵是出氣管,進氣和出氣以水或油封閉隔離(下麵以水為例說明,油也同理)。上麵安裝有水平儀和測量溫度與壓力的連接孔,後下側有放水閥,側麵有一個控製液麵的溢水閥口,底部是3個可調底腳,可調整使整機呈水平狀態,前麵是大圓盤的指針計數器和5位數字式計數器,它的內部結構如圖2所示。濕式氣體流量計的容積是被葉片和轉筒分成4(或5)個螺旋狀隔離腔的小計量室,滾筒平臥在殼內的水中(一半以上浸水),靠橫軸支撐,轉動靈活。原則上當一個計量室在充氣時,至少有另外一個計量室在排氣。一個計量室充滿氣體後,必須進入排氣位置,所以一個計量室的排氣口的起點和充氣口的封閉點一定要同步地在液位線上。實際運行時,充氣側的液位線低於排氣側的液位線,排氣口的起點比充氣口的封閉點滯後一點。
 
  (二)水平及液位調整
 
  濕式氣體流量計的計量容積主要是靠液位調節器控製,當安裝到位並調整到水平(調整底腳螺柱)狀態後,要求濕式氣體流量計上的橫向及縱向的水平儀的氣泡必須在零位。擰開溢水閥,從上進水口灌注一定量的純淨水,當水滿(殼內外水平麵呈同一水平狀態)時會從溢水閥溢出,等不再溢出後,關閉溢水閥就可以進行檢測。這項工作很重要,溢水閥的位置高低在出廠檢定時已經調節好,一般無需改動。根據需要,濕式表中的水也可換成白油(5號)。由於濕式表中隻有一根中軸轉動,機械摩擦小,濕式表的壓力損失很低(一般隻有幾百帕),波動極小。它的規格通常有0.5L、1.5L、l0L、20L等,工作壓力一般不高於1500Pa,計量範圍內準確度等級可達0.5級、0.2級。
 
  圖1 濕式氣體流量計


 
  圖2 濕式氣體流量計側麵視圖


 
  液位是決定濕式氣體流量計計量準確度的主要因素之一,直接影響計量準確度。使用濕式氣體流量計要確認液位線的正確位置。液位計的類型如下:
 
  1、液麵透明箱式
 
  如圖3所示,具有液麵清晰優點,但是計量員容易產生目測液麵位置的不準確的錯誤。
 
  圖3 液麵透明箱式液位計


 
  2、溢流式
 
  溢流式液位計調整方法簡單,加入液體直到溢出為止,要關閉閥門,才能正常使用。但是由於液體表麵張力的原因,溢流管的邊緣狀態變化,會產生偏差。
 
  3、針尖反射式
 
  利用液麵針尖反射成像的原理,清楚地觀察到液位的變化,任何計量員都可以很容易地對準液位,這是目前較科學的一種方法。如圖4所示。


 
  圖4  針尖反射式液位計
 
  濕式氣體流量計很少用於現場燃氣的計量,由於它的使用條件要求較高,如水平麵必須校準,必須經常檢查液麵高度,必須安放在沒有振動的室內、保持恒溫,要求被測氣體的氣質幹淨,工作壓力又不能太高,使用起來較麻煩,但是由於它的計量準確度可以做到很高(優於0.2級),壓力損失小,是一種受被測氣體密度和動力黏度影響小的容積式流量計,量程比很寬(100:1),所以常用於實驗室中,或作為標準表來校驗膜式燃氣表等小流量類的氣體流量計,它也可以同時串聯檢測多台膜式燃氣表,作為膜式表的生產製造商的標準表,可提高生產檢測效率。(但是同時串聯檢測多台膜式燃氣表時一定要注意進行壓力補償計算,否則檢定結果錯誤。)
 
  流量計的絕對誤差可用下式表示:
 
  ------------------    (1)
 
  式中: V1——流量計示值(L);
 
  V ——流經流量計的實際值(L)。
 
  為便於比較,流量計的誤差常用相對誤差表示,有
 
  -------------------       (2)
 
  在流量計的工作過程中,其測量元件之間,測量元件與殼體之間會相繼地出現“計量室”,而且在正確計量的情況下,要求氣體充滿整個“計量室”。隻要知道所構成的“計量室”的容積、測量元件動作一次所構成“計量室”的次數以及測量元件動作的次數,就能知道流經流量計的體積流量。若把“計量室”的容積記作V’,把構成“計量室”的次數記作N,則經N次“計量室”計量的體積流量V為
 
  ----------------------      (3)
 
  另外,測量元件在動作過程中所構成的N個“計量室”是通過一係列齒輪傳動機構的變換,最終以數字的形式指示出來,若把N個“計量室”計量後的、在流量計上顯示的值記作V1,則N與V1之間的關係可用下式表示:
 
  ---------------------      (4)
 
  式中:α——是由傳輸N個“計量室”值的齒輪比和旋轉一圈的刻度值所決定的常數,稱作傳輸係數。
 
  將式(4)代入式(3),可得
 
  ----------------      (5)
 
  將式(5)代入式(1),可以得到流量計的誤差
 
  --------------------------      (6)
 
  式(6)就是流量計的誤差特性,很顯然,這一誤差特性完全由流量計中所構成的“計量室”容積V’和齒輪傳輸係數α的比值所決定的,是直接與流量計的工作原理、結構形式、齒輪傳輸方式有關,與流體的形狀和流動狀態無關。這是流量計的重要特性之一。從公式(6)不難看出,當傳輸係數α大於“計量室”容積V’時,出現正偏差,表示指示值大於實際流過的量,相反,當α<V’時,出現負偏差,表示指示值小於實際流過的量。相等時的誤差為零,誤差曲線是與流量大小無關的一條水平直線。
 
  但這僅僅是一種理想的情況,實際上這種流量計還會受到各種因素的影響,例如漏氣量的影響;壓力損失影響;流體粘度和密度的影響等。所以實際情況下,流量計的誤差曲線不可能是一條與流量大小無關的直線。
 
  使用注意事項:要考慮到密封液體與被檢測氣體有無化學物理反應,如氨氣易溶解於水,所以測量氨氣時,水就不能做密封液體。或者其它化學氣體與水反應結合生成另外物質的情況應該注意。
 
  濕式氣體流量計的檢定一般采用更高準確度等級的鍾罩式氣體流量標準裝置,活塞式氣體流量標準裝置,或標準表裝置做標準。檢測qmax和0.2qmax兩流量點。試驗時,各流量點的實際流量與規定檢定流量偏差不超過5%。每一流量點至少試驗2次。
 
  二 、校準和典型應用
 
  LM係列濕式氣體流量計是實驗室常用的儀表之一。在測量氣體體積總量時,其準確度較高,特別是小流量時,它的誤差小。可直接用於測量氣體流量,也可用來作標準儀器檢定其它流量計。
 
  濕式氣體流量計每個氣室的有效體積是由預先注入流量計的水麵控製的,所以在使用時必須檢查水麵是否達到預定的位置,安裝時,儀表必須保持水平。
 
  LM係列濕式氣體流量計主要分兩種型號:
 
      普通型,采用黃銅材料,一般在無腐蝕氣體範圍內使用。
 
    防腐型,采用不鏽鋼材質,可測量腐蝕性氣體。
 
  1、濕式氣體流量計選型
 
  型號 LML-1(普通)、 LML-2(普通)、 LMF-1(防腐)、LMF-2(防腐)
 
  2、基本參數
 
  鼓輪每轉流量(m3) 0.002  0.005
 
  額定流量(m3/h) 0.2  0.5
 
  最高流量記錄(m3) 100  100
 
  超額流量(m3/h) 0.3  0.75
 
  最小刻度值(m3) 0.1×10-4   0.25×10-4
 
  正常壓力值(Pa) 1000   1000
 
  額定流量時準確度達到1級或者0.5級。
 
  3、使用方法
 
  (1)將儀表擺放在工作台上,調整地腳螺釘使水準器水泡位於中心,並在使用中要長期保持。
 
  (2)打開水位控製器密封螺帽,拉出內部的毛線繩。
 
  (3)在溫度計或壓力計的插孔內,向儀表內注入蒸餾水,待蒸餾水從水位控製器孔內流出時即停止注入蒸餾水,當多餘的蒸餾水從水位控製器孔內順著毛線繩流幹淨(約5~10分鍾流出一滴時即為流幹淨),將毛線繩收入水位控製器密封螺帽內,並且擰緊密封螺帽。
 
  (4)裝好溫度計和壓力計。(每一小格10Pa)
 
  (5)按進出氣方向連接好氣路,並且保持密封。
 
  4、注意事項
 
  (1)使用過程中,要經常注意儀表內水位保持,否則將影響測量準確性。
 
  (2)使用中,溫度應保持在15~25℃之間,氣溫與室溫相同,其溫差應≤2℃。
 
  (3)最好在儀表指針運轉數周後再進行讀數。
 
  (4)當被測氣體的壓力超過正常壓力值1~6倍(1~6)kPa時,儀器仍然可以進行工作,此時應將壓力計取下,用無孔橡皮塞堵住壓力計安裝孔。
 
  (5)當被測氣體的流量超過額定流量至超額流量範圍內使用時,儀器仍然可以進行工作,但此時測量的精度會有所降低。
 
  (6)儀表在長期不使用時,應將儀表內的蒸餾水放幹淨,排放時先使用放水閥,然後將表頭向下,再將出氣管向下,這樣反複幾次,才能將鼓輪內的水放淨。
 
  (7)儀表不宜置於過冷室內安裝,以免內部結冰。
 
  (8)在正常使用情況下,至少每年檢驗一次。
 
  5、濕式氣體流量計的校準調整方法:
 
  (1)檢定前準備工作:加液、恒溫、整機水平調整、液位調整、吹管排液幹淨,每一個步驟都不能少。
 
  (2)選擇合適讀數方式:對於機械表頭類的流量計最好采用光電轉換的方式采樣,自動讀數,實現自動化檢測,否則流量計重複性不能實現。
 
  (3)超差液位調整後需重新檢定。
 
  6、校準時注意事項:
 
  (1)進口濕式氣體流量計(表針不動,或不穩一般氣管內進液了,要排盡液體)
 
  (2)國產濕式氣體流量計(背後有機械調整的螺母,用尖嘴鉗調整,液位的線要放在液口裏。)
 
  (3)濕式氣體流量計表前壓力要注意觀察記錄,如果壓力差異大一定要查找原因。
 
  三、結束語
 
  濕式氣體流量計要求正確使用才能發揮它的作用。當用戶(如生產廠家)使用已經在計量部門校準過的濕式氣體流量計時,一定要求按照計量部門校準好的液位線,結合校準證書是否有儀表係數才能正確、科學地使用濕式氣體流量計為本單位正確地溯源量值,保證流量量值的正確傳遞。
 
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