一、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的選擇
探索的主要出發(fā)點(diǎn)是低成本使用，滿足浮子流量計(jì)校準(zhǔn)需求,考慮到流量計(jì)量程在(1~500)L/min,示值誤差多為2.5級(jí)~4.0級(jí),依據(jù)JJG257-2007《浮子流量計(jì)檢定規(guī)程》中“裝置的擴(kuò)展不確定度應(yīng)優(yōu)于被檢流量計(jì)的誤差的1/2”原則,選用2臺(tái)精度型層流質(zhì)量流量計(jì);示值誤差0.4%ofreading+0.2%ofFS,量程分別為(1~100)L/min和(5~500)L/min即可滿足常用浮子流量計(jì)的校準(zhǔn)。
層流流量計(jì)工作原理基于泊肅葉公式,其內(nèi)部約束元件采用多層薄片，將氣流分割成多個(gè)分流體,流體處于完全發(fā)展的層流狀態(tài),當(dāng)流體在層流流動(dòng)狀態(tài)條件下,理論.上其壓力損失與其流動(dòng)速度的一次方成正比,其數(shù)學(xué)關(guān)系式為:
式中:Q一體積流量;P1一入口靜壓;P2一出口靜壓;r一管路半徑;η一液體絕對(duì)黏度;L一阻尼段的長(zhǎng)度
層流流量計(jì)具有寬的量程(1:100),無(wú)需前后直管段,精度等級(jí)高等優(yōu)點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的準(zhǔn)確度對(duì)校準(zhǔn)系統(tǒng)整體精度影響非常大,這在后續(xù)的不確定度評(píng)定中可明顯看出,另外流量計(jì)自帶串口數(shù)據(jù)通信接口,流量顯示輸出為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(101.325kPa,25℃),不必再增加溫度和壓力測(cè)量系統(tǒng)，方便安裝調(diào)試及計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集。
二、系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,氣源采用壓縮空氣,經(jīng)過一個(gè)1m3的儲(chǔ)氣罐來(lái)獲得穩(wěn)定的氣流,出氣口加裝一級(jí)過濾和除濕裝置;為適應(yīng)不同接口流量計(jì)校準(zhǔn)要求,配置了4路輸出接口,其中2路為D25和D15法蘭盤連接,其余兩路為“塔形”接口和專用減壓閥連接,這4路氣路輸出接口基本可滿足常用流量計(jì)校準(zhǔn)不同的檢測(cè)管路全部通過在面板、上的按鈕選擇,通過控制電磁閥切換,并由在面板.上的指示燈顯示。顯示儀表全部采用數(shù)字儀表，且均帶有數(shù)字通信接口,全部采集數(shù)據(jù)均可通過串口輸送至計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)程序完成數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、檢測(cè)結(jié)論判斷,原始數(shù)據(jù)存檔、檢定報(bào)告的自動(dòng)形成和打印輸出;主設(shè)備的各管路切換和氣路的開關(guān)可獨(dú)立完成,流量、溫度、壓力參數(shù)均可正常顯示。因此,主機(jī)在無(wú)計(jì)算機(jī)參與的情況下,同樣可完成校準(zhǔn)工作,只是需要手工記錄換算。
裝置操作也簡(jiǎn)單,在啟動(dòng)“空氣流量校準(zhǔn)”系統(tǒng)軟件后,計(jì)算機(jī)提示輸入被校準(zhǔn)流量計(jì)的必要信息,并自動(dòng)完成標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)選擇，在調(diào)整到被校準(zhǔn)刻度后，點(diǎn)擊采集功能鍵,由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、被檢流量計(jì)介質(zhì)的溫度、壓力數(shù)據(jù)的采集及處理,同時(shí)還具有原始數(shù)據(jù)存檔、證書打印、資料的查找篩選等功能,具有一定的智能功能,方便日后的送檢管理。
三、軟件的設(shè)計(jì)編制
系統(tǒng)采用易上手的VB6.0開發(fā)程序軟件,該開發(fā)系統(tǒng)自身帶有豐富的窗體控件，可視化界面設(shè)計(jì)風(fēng)格和32位面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，適合非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員作程序開發(fā)應(yīng)用。其自帶的串口通信控件和數(shù)據(jù)連接MicrosoftADO控件，使數(shù)據(jù)采集、通信存儲(chǔ)、查詢的功能變得容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高軟件開發(fā)效率,縮短程序周期起到了很好的作用。
軟件功能參照現(xiàn)行浮子流量計(jì)檢定規(guī)程,并考慮到實(shí)際工作的要求編制,程序主要有檢測(cè)開始前信息錄入、檢測(cè)過程的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、結(jié)束后的檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及日后數(shù)據(jù)查詢、證書的打印程序模塊組成,如圖2所示。
四、系統(tǒng)測(cè)量不確定度評(píng)定
在這里標(biāo)準(zhǔn)表測(cè)量的氣體流量是在101.325kPa和298.15K(25℃)狀態(tài)下的體積流量,換算到浮子流量計(jì)刻度狀況下的流量導(dǎo)出公式為
準(zhǔn)流量計(jì)讀數(shù)(101.325kPa,25C狀態(tài)下);Tk一標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)氣體體積流量的溫度(298.15K);PmTm一被檢前流量計(jì)的壓力和溫度;Pn,Tn一浮子流量計(jì)刻度狀態(tài)下的壓力(101.325kPa)和溫度(293.15K)。
導(dǎo)出式(2)為實(shí)際檢測(cè)中換算成浮子流量計(jì)狀態(tài)下的公式,參照J(rèn)JF1059--2012《測(cè)量不確定度評(píng)定方法》,選擇一臺(tái)4.0級(jí)的浮子流量計(jì)(型號(hào)規(guī)格為L(zhǎng)ZB-25,流量范圍(2.5~25)m3/h,對(duì)15m3/h(250L/min)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量10次。利用貝塞爾公式求得測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量,重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差。
各項(xiàng)不確定度分量評(píng)定預(yù)估如表1所示合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:
u(Qk)=[c21u2(Q)+c2u2(Pm)+c23u2(Tm)+c24u2(S)]1/2=1.96I/min
即uc=1.96L/min
相對(duì)不確定度urel=196/250=0.78%，擴(kuò)展相對(duì)不確定度,按推薦取k=2,
Urel=k×urel=2×0.78<1.6%
五、結(jié)論
氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度uc<1.6%,按JJG257-2007規(guī)定,可以滿足對(duì)不確定度4%的玻璃浮子流量計(jì)的計(jì)量校準(zhǔn)檢定要求，該校準(zhǔn)裝置在近兩年來(lái)檢定了大量浮子流量計(jì)同時(shí)該校準(zhǔn)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集換算功能,解決了因浮子流量計(jì)檢測(cè)介質(zhì)不同,溫度、壓力變化導(dǎo)致的換算計(jì)算問題,有效提高了工作效率。
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