高温气体流量校准装置研究及流量仪表特性分析

发布时间：2020-06-03 02:58

【摘要】：标准表法气体流量标准装置以其检定效率高、建设成本较低等特点,作为次级传递标准广泛应用于流量计的检定和校准。气体流量仪表的大范围使用致使对其检定及校准的需求也逐年增加。在部分工业生产现场中,所测量的气体介质,如蒸汽、废气等具有较高的温度,而所用的流量仪表在常温条件下检定而非高温。常温下检定高温下使用势必对流量仪表测量结果及工作特性造成影响。本文为探究此类影响,设计搭建了一套用于高温条件下的气体流量校准装置,并对流量计在高温介质下的流量特性进行研究。本文的主要工作如下:(1)介绍了高温气体流量校准装置的工作原理及硬件构成,包括由腰轮流量计组成的标准表系统、高压气源及减压装置、气体加热装置、温度压力测量仪表以及以PLC为主的控制器;(2)对空气介质流经加热装置后管道内温度场展开仿真研究,分析了引起温度场分布不均匀的原因,并针对这一现象提出优化方案,通过安装流动调整器对管道内流场进行整流,从而达到使温度场均匀的效果,同时采用仿真研究验证了这一方案的有效性;(3)根据检定流程,采用Lab VIEW软件开发了人机交互程序以及基于PLC的控制系统,实现监控检定过程、温压数据采集、数据处理及报表生成等功能,本装置现已实际使用,用于对气体仪表在高温下的流量特性进行评定,其扩展不确定度为0.30%(k=2),压力稳定性优于1.94%,温度稳定性优于2.66%,流量稳定性优于0.44%;(4)选取超声波流量计作为实验仪表进行高温介质下的流量特性实验研究,并通过声速修正的补偿方法对流量计的流量测量值进行了校准。校准实验结果表明,超声波流量计测量结果受介质温度压力条件影响较大,误差最高可达16%;通过声速修正的补偿方法可使误差减小至4%以内。
【图文】：

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能量守恒定律的本质是外界对流体控制体所做的功等于控制体上能。流体系统的总能量E 通常包含了热量i，动能2 2 2K (u v w) / 2常情况下总能量只与热量有关，，换言之系统内能的大小正比于系统p c T，那么以温度为变量的能量守恒方程可以表述为：( )( ) ( )TpT kT T St c v式中：cp为不同物体的比热容，J/(kg·K)；T 为物体的温度，K；k 为系数，W/(m2·K)。加热管段温度场仿真图 3.1 为本装置加热装置及后续管段示意图。加热装置主要由 5 组组成，环形安装于加热器一段，通过法兰连接插入直径为 150mm 的管从另一端流入加热管道，与 U 型加热管充分接触升温后经管道上方经过两个不同平面的 90o弯管流入被检表。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH814

【参考文献】