一、引言

啟停法液體流量標準裝置主要通過對閥門的啟停實現(xiàn)流量的流動和停止，以此進行流量計的示值檢定。啟停法裝置主要可分為啟停容積法裝置和啟停質(zhì)量法裝置，其中，容積法主要用于容積式流量計的檢定，質(zhì)量法主要用于質(zhì)量流量計的檢定。用于啟停作用的閥門起到了對流量控制的作用，但是，在檢定過程中，由于啟停過程是流量、壓力逐漸變化的過程，對流量計的誤差有一定的影響。這個影響究竟有多大，這就是JJG164-2000《液體流量標準裝置》檢定規(guī)程中寫到的裝置的啟停效應檢定，也是該試驗研究的目的。但是由于啟停裝置一般不配備計時器，因此采集閥門啟停的時間存在一定的難度。該試驗中裝置配置的是FISHER氣動球閥，通過氣動控制的電壓信號來實現(xiàn)對啟、停時間的精確測量，通用計數(shù)器準確度為10-8，采用的CMF科里奧利質(zhì)量流量計為0.1級。整個試驗原理圖如圖1所示。
 

<CTSM>圖1啟停效應檢定試驗原理示意圖</CTSM>
 

如圖1所示，水流經(jīng)過質(zhì)量流量計、閥門流入電子秤，通用計數(shù)器設置為“高→低”T間隔測量模式。測量開始時，操作控制柜發(fā)出開啟信號(5V高電平)打開閥門，計數(shù)器觸發(fā)而開始計時，水流由零至設定流量Q test而進入電子秤，質(zhì)量流量計的脈沖數(shù)也隨之被采集；一段時間后，操作控制柜發(fā)出停止信號(0V低電平)關閉閥門，此時可讀取電子秤的累積質(zhì)量、通用計數(shù)器的測量時間、質(zhì)量流量計發(fā)出的脈沖數(shù)等參數(shù)。

二、試驗方法與結果分析

依據(jù)JJG164-2000，啟停質(zhì)量法裝置的標準不確定度主要由電子秤、計時器、啟停閥門、標準砝碼的不確定度合成，其中啟停閥門的不確定度就是JJG164-2000中所描述的啟停效應，主要參照換向器的流量計檢定法。此次主要的試驗方法可歸納為:
 

按檢定流量計的方法測量1次，記錄電子秤讀數(shù)M 11、測量時間t 11和流量計脈沖數(shù)N 11；在與t 11大致相同的測量時間內(nèi)，操作閥門m 次啟停(m ≥10)，記錄電子秤讀數(shù)M 21、測量時間t 21和流量計脈沖數(shù)N 21；這兩次測量作為1組試驗，重復進行n 組(n ≥10)試驗，記錄M 1i 、M 2i 、t 1i 、t 2i 、N 1i 及N 2i (i =1，2……n )。
 

首先計算出閥門啟停的時間差Δt ，如式(1)、式(2)所示。

 

然后結合裝置最短測量時間t min計算出閥門的A類不確定度s 和B類不確定度u ，如式(3)、式(4)所示:

 

以該試驗的Q max流量試驗為例，在系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運行一段時間后，進行一次連續(xù)流量試驗后緊接著進行一次斷續(xù)流量試驗，為1個循環(huán)。這樣連續(xù)進行10個循環(huán)，期間相關的參數(shù)也同時記錄，最終的試驗匯總數(shù)據(jù)如表1所示。
 

<CTSM>表1試驗數(shù)據(jù)匯總表</CTSM>
 

其中，由于通用計數(shù)器每次閥門“啟→停”得到的時間為1次時間間隔，因此，10次斷續(xù)試驗時的測量總時間t 2i 由10次“啟→停”時間間隔累加得到，源數(shù)據(jù)如表2所示。
 

<CTSM>表2斷續(xù)流量測量時間</CTSM>
 

該裝置t min=30s，根據(jù)前面公式，計算得出:
 

Δt =-0.00156s，s =0.00297%，u =0.00260%
 

裝置的常用流量、最小流量也按此方法進行。
 

通過試驗和分析，閥門啟停過程的不對稱性主要影響B(tài)類不確定度，但由于用到了流量計脈沖來計算閥門的A類不確定度，故啟停效應檢定很大程度受到了試驗用流量計的影響。因此，在選用流量計時應考慮其特性，如JJG164-2000中所述，試驗用流量計應“穩(wěn)定性好、響應速度快”，雖然啟停過程短暫，但是由于啟停的特殊性，需要選用的流量計能對極低的流量有很好的響應，并且零點要比較穩(wěn)定，受介質(zhì)和環(huán)境影響小。目前，電磁、渦輪等速度式流量計雖然總體特性比較穩(wěn)定，但在微小流量時特性不是很好，受介質(zhì)流場影響大，一般檢定時往往通過換向器法來檢定，故一般的速度式流量計很難被該方法采用。
 

該試驗專門對科里奧利質(zhì)量流量計的K 系數(shù)作了一個比較分析，從表1中的K系數(shù)變化可以看出，在閥門啟停10次后，得到的流量計K 2i 系數(shù)與正常檢定時的K 1i 系數(shù)相差為萬分之幾，最大的只有0.04%。眾所周知，一般的速度式流量計經(jīng)過這樣的10次連續(xù)啟停無法很好地復現(xiàn)K 系數(shù)，因此，檢定啟停法裝置時建議采用重復性好的科里奧利質(zhì)量流量計，在微小流量也有著較好的特性。同樣，在介質(zhì)密度比較穩(wěn)定、介質(zhì)比較清潔的情況下，也可以選用高精度的容積式流量計。另外，脈沖數(shù)的多少也影響測量準確度，尤其在進行最小流量啟停效應時更顯得明顯。故試驗前需要對被選用流量計的儀表系數(shù)進行專門設置，通常情況下只要裝置采集允許，流量計輸出信號頻率應盡量設置高一些，這樣可提高測量準確度。這次試驗前設置流量計為最大流量，對應10000Hz。
 

此外，在互不影響安裝要求的前提下也可以在管路中安裝兩臺不同的流量計同步進行啟停效應的試驗，通過采用不同流量計的結果的一致性和差異性來對一套裝置進行特性分析。

三、結束語

通常的帶換向器的液體流量裝置的檢定，由于換向器一般是帶有電信號的，因此檢定相對簡單，但是在檢定啟停法的裝置時，啟停效應的高精度測量通常難以實現(xiàn)。從這次試驗結果看，通過這個方法可實現(xiàn)液體流量裝置啟停效應的高精度檢定，也可以作為在使用流量裝置或建設流量裝置時對閥門啟停特性的一個高精度的驗證方法，同樣也適用于各種類型流量計的K系數(shù)啟停影響試驗分析。