孔口流量计校准装置及其校准方法

蔡勤刘敦利 / 新疆计量测试研究院

摘要通过标准表法气体流量标准装置的研制，对孔口流量计的流量和压力修正项之间的关系进行线性拟合，得到流量计的标准曲线并评价其准确度等级。实验结果表明了校准方法的可行性和可靠性。关键词孔口流量计；校准方法；标准装置；线性拟合

0　引言

新疆范围内石油、化工企业众多，大大小小近百家热电厂遍布全疆各地州。长期以来，新疆的大气环境都承受着巨大的压力。随着西部大开发进程的深入和大气环境综合治理的加强，用于检测总悬浮颗粒物的大气环境采样器越来越多，而其中所使用的标准器孔口流量计的计量校准需求也日益增加。对此，新疆计量测试研究院建立了标准表法气体流量标准装置，用于对孔口流量计的校准工作[1]。

1　标准装置

1.1构成

标准表法气体流量标准装置采用重复性好的罗茨流量计和涡轮流量计作为主标准器，与被校孔口流量计串联在管路中，配备两台差压变送器和两台温度变送器，根据测量范围选择不同的管路[2, 3]。计算机同时采集被检表和标准表输出的流量信号，并分别利用压力和温度值对流量进行修正，得到相应的标况流量，再进行比较，得到被检表指示流量值的示值误差及仪表系数，通过多次测量得到被检表的重复性[1]。

1.2技术参数

测量范围：2～200 m3·h-1；装置的扩展不确定度：U = 0.5%，k = 2。

2　校准方法

图1　装置示意图

1）在规定的环境条件下，按HJ/T 368-2007 《标定总悬浮颗粒物采样器用的孔口流量计》技术要求及检测方法[4]，将孔口流量计安装在标准表法气体流量标准装置上。以空气为校准介质进行漏气检查。用橡皮垫堵住孔口流量计的孔口，开启抽气泵，20 s内标准流量计应无读数变化，否则，需检查漏气位置，排除漏气故障，直至标准流量计无读数变化。取下橡皮垫，对孔口流量计进行校准[5]。

2）在孔口流量计使用流量范围内，均匀选取七个流量点。启动抽气泵，调节流量至每一选取点附近，维持流量不变。待罗茨流量计读数为一整数值时开始计时，并记录罗茨流量计初始读数Vi，读取并记录罗茨流量计压差值Δp（Pa）和孔口流量计孔口的压差值ΔH （Pa），待罗茨流量计读数至少增加1 m3后终止计时，记录罗茨流量计终止读数Vf和测定时间t（min）。重复上述步骤，逐一校准所选七个流量点。

3）计算每一校准点的标准状况流量。先由罗茨流量计读数计算孔口流量计被校点通过的计量体积Vm：

将每一点Vm值换算为标准状况体积VN：

式中：p1— 标定现场大气压，Pa；

Δp — 标准流量计入口压差，Pa；

pN— 标准状况大气压，取101 325 Pa；

TN— 标准状况温度，取273.15 K；

T1— 标定现场环境温度，K

将得到每一标定点的标准状况体积流量：

式中：t — 每一标定点在标定时测定的时间，min

4）计算每一标定点孔口流量计压差修正项Y：

将七组Y和QN计算值进行线性回归，得出线性回归方程：

式中：A — 零点；

B — 增益

将各标定点测量、计算的QN值代入式（5），求出计算值Ycal，再与该点按式（4）计算的Y值比较，求出pL：

如果任何一标定点的pL值超过±2%，则需按上述规定操作，重做该点数据，直至满足要求为止。不能满足要求者，为不合格品。

3　实验数据处理

对青岛某公司生产的稳定性良好的孔口流量计进行校准，流量范围： 80～130 L·min-1，准确度等级：1级。实验数据见表1。实验现场大气压p1= 93 500 Pa，环境温度T1= 293.65 K。

将根据公式计算得到的修正项Y和标态流量QN在Excel软件中进行线性回归拟合，得到零点A=2.229 9，

增益B=0.253 7，相关系数R2=0.998 3，即拟合函数为：Ycal=0.253 7QN+ 2.229 9，如图2所示[6]。进而对数据进行处理，结果见表2。

表1　孔口流量计原始记录

图2　修正项Y和标态流量QN的线性回归拟合

表2　孔口流量计处理数据

由表2可以看出，7个校准点的pL值均未超过±1%，校准结果良好。

4　结语

孔口流量计校准装置的建立，为总悬浮颗粒物采样器用的孔口流量计校准提供了技术手段，其检测方法和技术指标满足国家环境保护总局HJ/T 368-2007《标定总悬浮颗粒物采样器用的孔口流量计》的要求。实验数据表明了该标准装置和校准方法的可行性和可靠性。

参考文献：

[1] 全国流量容量计量技术委员会. JJG 643-2003 [S].北京：中国计量出版社，2003.

[2] 全国流量容量计量技术委员会. JJG 633-2005 [S]. 北京：中国计量出版社，2005.

[3] 全国流量容量计量技术委员会. JJG 1037-2008 [S]. 北京：中国计量出版社，2008.

[4] 国家环境保护总局HJ/T 368-2007 [S]. 北京：中国环境科学出版社，2007.

[5] 宗蕙娟, 徐英华. 标定总悬浮颗粒物采样器用的孔口流量计校准

方法的探讨[J]. 现代测量与实验室管理, 2006, 5: 15-16.

[6] 龚雪平, 丁芸. 大流量孔口流量计的校准、数据处理及误差分析[J]. 环境科学研究, 1997.11, Vol.11(6): 53-57.

Calibration device and method for orifice flowmeters

Cai Qin, Liu Dunli

（Xinjiang Uygur Autonomous Region Research Institute of Measurement and Testing）

Abstract:A gas flow standard facility by master meter method is developed for orifice flowmeter calibration. Through the linear fitting between flow and pressure correction term of orifice flowmeter, the flowmeter standard curve and its precision are obtained. The experiments show the feasibility and reliability of the calibration method.

Key word: orifice flowmeter; calibration method; standard device; linear fitting