【一體式燃?xì)饬髁坑?jì)體積修正儀自動(dòng)校準(zhǔn)裝置探究5100字（論文）】

一體式燃?xì)饬髁坑?jì)體積修正儀自動(dòng)校準(zhǔn)裝置研究目錄TOC\o"1-2"\h\u17185一體式燃?xì)饬髁坑?jì)體積修正儀自動(dòng)校準(zhǔn)裝置研究 162121引言 1153202校準(zhǔn)裝置工作原理 1266393校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì) 2242583.1設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) 220623.2校準(zhǔn)裝置的構(gòu)成 296443.3校準(zhǔn)裝置的優(yōu)勢(shì) 3315494數(shù)學(xué)模型 3159954.1具體校準(zhǔn)方法 4315794.2校準(zhǔn)過程 5311325裝置校準(zhǔn)實(shí)例 517959（1）所有壓力、溫度校準(zhǔn)點(diǎn)均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，方便快捷。 663496不確定度分析 734476.1壓力測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 7269666.2溫度測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 7269026.3壓縮因子及計(jì)算過程引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 7115026.4裝置不確定度評(píng)定（表6） 7247207結(jié)束語(yǔ) 7119968參考文獻(xiàn) 8[摘要]本文介紹了一種一體式燃?xì)饬髁坑?jì)體積修正儀自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，敘述了研制該一體式燃?xì)饬髁坑?jì)體積修正儀校準(zhǔn)裝置的目的與意義[1]，從裝置設(shè)計(jì)的角度介紹該裝置可實(shí)現(xiàn)的功能，提出一種新的校準(zhǔn)方法并介紹相對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)過程，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用不確定度評(píng)定對(duì)整套裝置進(jìn)行性能評(píng)估，闡明本文所述裝置具有適用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、校準(zhǔn)結(jié)論直觀性與科學(xué)強(qiáng)的特點(diǎn)。[關(guān)鍵字]一體式體積修正儀；校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)裝置；校準(zhǔn)方法；不確定度1引言21世紀(jì)以來，“節(jié)能減排”日益引起人們的重視，而天然氣是一種優(yōu)質(zhì)的能源，在燃燒時(shí)產(chǎn)生的有害物質(zhì)極少。因此，天然氣作為一種清潔能源被廣泛應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)方面，需求量日益擴(kuò)大；相應(yīng)的，天然氣體積計(jì)量準(zhǔn)確與否也逐漸引起人們的重視[2]。目前我國(guó)的天然氣貿(mào)易仍采用體積流量的方式進(jìn)行。采用的也多是氣體流量計(jì)+體積修正儀的形式。由天然氣具有可壓縮性，簡(jiǎn)單工況情況下的體積計(jì)量顯然不符合公平交易的原則。體積修正儀可將氣體流量計(jì)測(cè)出的工況體積量轉(zhuǎn)換成標(biāo)況體積量（規(guī)定的參比條件：101.325kPa，293.15K），作為天然氣貿(mào)易結(jié)算的直接依據(jù)，其計(jì)量性能將直接影響天然氣貿(mào)易的公平性，因此，體積修正儀校準(zhǔn)的準(zhǔn)確與否直觀重要[3]。2校準(zhǔn)裝置工作原理現(xiàn)有的體積修正儀大致可分為兩類，一類稱為分體式體積修正儀，以進(jìn)口的EK、CORUS系列為代表，其壓力、溫度傳感器接頭均為外置接口，較易拆卸下來；一類稱為一體式體積修正儀，以國(guó)產(chǎn)的EVC、FCM系列為代表，其壓力、溫度傳感器安裝接頭均內(nèi)置于流量計(jì)基表且所用材料材質(zhì)特殊，很難拆卸下來[4]。由于分體式體積修正儀的結(jié)構(gòu)特性，其對(duì)校準(zhǔn)裝置的要求較低，校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，所以現(xiàn)今較為成熟的裝置多針對(duì)分體式體積修正儀進(jìn)行設(shè)計(jì)。而針對(duì)一體式體積修正儀設(shè)計(jì)的裝置幾乎為空白。近年來，國(guó)內(nèi)儀表制造廠家經(jīng)過技術(shù)改革，使國(guó)產(chǎn)一體式體積修正儀具備經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、緊固耐用的優(yōu)勢(shì)，其市場(chǎng)占有率正快速的提高。為應(yīng)對(duì)日益增大的校準(zhǔn)需求，彌補(bǔ)技術(shù)空白，故研制本文所述的一體式燃?xì)饬髁坑?jì)體積修正儀校準(zhǔn)裝置。3校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)針對(duì)一體式體積修正儀技術(shù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本套校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)滿足技術(shù)指標(biāo)及技書創(chuàng)新點(diǎn)最大校準(zhǔn)壓力值：Pmax:4MPa可校準(zhǔn)溫度范圍：-10℃--60℃裝置不確定度：U≤0.3%（2）可支持一體式燃?xì)饬髁坑?jì)連同體積修正儀整體自動(dòng)加壓、升降溫。（3）校準(zhǔn)依據(jù)為JJF(京)53-2018《燃?xì)饬髁坑?jì)體積修正儀校準(zhǔn)規(guī)范》，誤差判斷形式為轉(zhuǎn)換系數(shù)誤差、積算誤差、壓力測(cè)量誤差與溫度測(cè)量誤差四種形式，校準(zhǔn)結(jié)論應(yīng)直觀易懂。（4）校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可自動(dòng)采集，自動(dòng)計(jì)算，降低人為干擾。3.2校準(zhǔn)裝置的構(gòu)成根據(jù)制定的技術(shù)指標(biāo)，裝置原理示意圖如下圖1所示：圖1一體式體積修正儀自動(dòng)校準(zhǔn)裝置原理示意圖裝置主要由氣源部分、標(biāo)準(zhǔn)器部分、數(shù)據(jù)采集處理部分構(gòu)成。氣源部分：由高壓氮?dú)馄?、專業(yè)連接管路構(gòu)成，可為校準(zhǔn)裝置提供4MPa以內(nèi)的氣源壓力。標(biāo)準(zhǔn)器部分：由壓力、溫度兩部分構(gòu)成。壓力部分采用中低壓校驗(yàn)儀作為標(biāo)準(zhǔn)器；溫度度部分采用高精度溫度計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)器，采用大容量高低溫恒溫箱作為修正儀載體及校準(zhǔn)溫度來源。各標(biāo)準(zhǔn)器信息如表1所示：表1各部分標(biāo)準(zhǔn)器信息標(biāo)準(zhǔn)器名稱測(cè)量范圍精度備注中低壓校驗(yàn)儀（0~4）MPa0.02級(jí)校準(zhǔn)壓力傳感器數(shù)字溫度計(jì)（-50~160）℃MPE：±0.05℃校準(zhǔn)溫度傳感器注：積算誤差、轉(zhuǎn)換系數(shù)誤差由中低壓校驗(yàn)儀、數(shù)字溫度計(jì)配合校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集處理部分：采用RS485通訊協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)、采用屏蔽導(dǎo)線連接至修正儀內(nèi)接線端子，通過數(shù)據(jù)采集器采集校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過計(jì)算機(jī)內(nèi)特定程序完成數(shù)據(jù)處理[5]。3.3校準(zhǔn)裝置的優(yōu)勢(shì)（1）配備專用氣路連接工裝，采用螺絲固定的方式將專用法蘭盤固定于流量計(jì)兩端，專用法蘭配備有壓力測(cè)試孔，校準(zhǔn)時(shí)，將專用氣管接入預(yù)留的壓力測(cè)試孔，實(shí)現(xiàn)了一體式燃?xì)饬髁窟B同體積修正儀可進(jìn)行整體自動(dòng)加壓。解決了一體式體積修正儀壓力傳感器無法拆卸所帶來的無法校準(zhǔn)的問題。（2）溫度部分采用了大容量恒溫箱，一體式燃?xì)饬髁坑?jì)連同體積修正儀可整體放入升降溫，解決了一體式體積修正儀溫度傳感器無法拆卸所帶來的無法校準(zhǔn)的問題。且恒溫箱具有氣體循環(huán)功能，實(shí)現(xiàn)熱空氣的循環(huán)流動(dòng)，減少恒溫箱升溫降溫所需要的時(shí)間，提高工作效率。（3）校準(zhǔn)依據(jù)更換為JJF(京)53-2018《燃?xì)饬髁坑?jì)體積修正儀校準(zhǔn)規(guī)范》，誤差判斷形式更新為轉(zhuǎn)換系數(shù)誤差、積算誤差、壓力測(cè)量誤差與溫度測(cè)量誤差，不需輸入流量脈沖信號(hào)校準(zhǔn)流量誤差，解決了一體式體積修正儀對(duì)于脈沖信號(hào)無反應(yīng)的問題。且由于增加積算誤差的直觀誤差判斷，增加了校準(zhǔn)結(jié)論的直觀性。4數(shù)學(xué)模型體積修正儀的作用是將流量計(jì)測(cè)量得到的工況體積量轉(zhuǎn)換為標(biāo)況體積量，體積修正儀轉(zhuǎn)換過程的總誤差反映為標(biāo)況體積轉(zhuǎn)換誤差。轉(zhuǎn)換系數(shù)C的概念為標(biāo)況體積與工況體積的比值，由公式Vb=C×V經(jīng)過對(duì)大量修正儀的統(tǒng)計(jì)分析可知，修正儀所接受的信號(hào)多為低頻脈沖信號(hào)，在校準(zhǔn)過程中，為了降低讀數(shù)誤差，保證良好的重復(fù)性，就需要足夠量的脈沖數(shù)，這將消耗大量的時(shí)間，若對(duì)標(biāo)況轉(zhuǎn)換誤差ev進(jìn)行校準(zhǔn)將極大的影響工作效率；且經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，多數(shù)一體式體積修正儀對(duì)于脈沖信號(hào)無反應(yīng)基于以上兩種原因，本裝置系統(tǒng)以系數(shù)轉(zhuǎn)換誤差ec替代標(biāo)況體積轉(zhuǎn)換誤差ev作為校準(zhǔn)主示值誤差，此外，為對(duì)體積修正儀進(jìn)行詳細(xì)全面的誤差分析，另選定壓力測(cè)量誤差eP、溫度測(cè)量誤差e4.1具體校準(zhǔn)方法為了節(jié)省校準(zhǔn)時(shí)間，提高工作效率，本文研制裝置輸入實(shí)測(cè)壓力、溫度的方式進(jìn)行校準(zhǔn)過程，由于升溫降溫所需時(shí)間較長(zhǎng)，故在對(duì)壓力測(cè)量誤差、積算誤差、系數(shù)轉(zhuǎn)換誤差進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)保持溫度20℃不變，僅通過改變壓力值進(jìn)行校準(zhǔn)，上述流程完成后再對(duì)溫度誤差單獨(dú)進(jìn)行校準(zhǔn)，完成整體校準(zhǔn)過程。具體計(jì)算數(shù)學(xué)公式如下所示4.1.1壓力測(cè)試誤差壓力測(cè)試誤差以修正儀壓力傳感器測(cè)得值與壓力標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)得的約定真值的相對(duì)誤差來表示，按公式4.1計(jì)算eP=式中：eP——P——修正儀壓力傳感器測(cè)得值，PaPcv——4.1.2溫度測(cè)試誤差溫度測(cè)試誤差以修正儀溫度傳感器測(cè)得值與溫度標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)得的約定真值的相對(duì)誤差來表示，按公式4.2計(jì)算et=式中：et——T——修正儀壓力傳感器測(cè)得值，KTcv——4.1.3積算誤差積算誤差是所有運(yùn)算引入的誤差，不包括壓力、溫度引入的測(cè)量誤差。本文研制裝置未配備脈沖發(fā)送，故采用轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算修正儀的積算誤差，按公式4.3、4.4計(jì)算efc=Ccvf式中：efcC——被校修正儀在測(cè)試壓力和溫度下顯示的轉(zhuǎn)換系數(shù)Ccvf——4.1.4轉(zhuǎn)換系數(shù)誤差按下列公式4.5、4.6計(jì)算，以相對(duì)誤差的方式表現(xiàn)ec=Ccv式中ec——Ccv——4.2校準(zhǔn)過程準(zhǔn)備階段：（1）開啟恒溫箱自動(dòng)升溫或降溫至20℃，并保持穩(wěn)定，（2）將被檢表放置在高低溫的恒溫箱中特定的安裝位置，根據(jù)流量計(jì)口徑選擇相對(duì)應(yīng)的法蘭片，用螺絲擰緊固定，（3）打開體積修正儀外蓋，將專用屏蔽導(dǎo)線與修正儀內(nèi)部相應(yīng)的接線端子相連接。檢測(cè)階段：（1）溫度維持20℃恒定，根據(jù)體積修正儀最大壓力值選定校準(zhǔn)的5個(gè)壓力點(diǎn)，設(shè)置在計(jì)算內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)；通過專業(yè)工裝將校準(zhǔn)氣體管路和法蘭片預(yù)留壓力測(cè)試孔連接，打開高壓氮?dú)馄块y門和減壓閥，關(guān)閉壓力檢測(cè)管道兩端閥門，通過計(jì)算機(jī)控制中低壓校驗(yàn)儀完成壓力點(diǎn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定；校準(zhǔn)數(shù)據(jù)通由RS485通訊協(xié)議自動(dòng)采集存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)，計(jì)算機(jī)按照相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算和判斷。（2）打開壓力檢測(cè)管道兩端閥門，啟動(dòng)空氣循環(huán)系統(tǒng)真空泵，據(jù)體積修正儀最大溫度值選定校準(zhǔn)的3個(gè)溫度點(diǎn)，設(shè)置恒溫箱的溫度至第一個(gè)溫度點(diǎn)，穩(wěn)定一段時(shí)間后，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)通由RS485通訊協(xié)議自動(dòng)采集存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)，重復(fù)操作完成三個(gè)溫度點(diǎn)的校準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)按照相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算和判斷。5裝置校準(zhǔn)實(shí)例裝置研制完成后，為驗(yàn)證校準(zhǔn)裝置性能，使用該校準(zhǔn)裝置對(duì)一臺(tái)新制造的體積修正儀進(jìn)行校準(zhǔn)，其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如下：表1壓力傳感器測(cè)試測(cè)量點(diǎn)

(MPaabs)被檢表示值(MPaabs)標(biāo)準(zhǔn)器示值

(MPaabs)平均示值誤差

(%)示值允許誤差

(%)測(cè)量不確定度

Urel(k=2)

(%)結(jié)論

Pass/Fail設(shè)定直接讀取直接采集自動(dòng)計(jì)算設(shè)定自動(dòng)計(jì)算自動(dòng)判斷1.01.01121.0139-0.27±0.50.032P2.01.99772.0000-0.11±0.50.031P3.02.99803.0000-0.07±0.50.031P4.03.99874.0000-0.03±0.50.025P5.05.00095.00000.02±0.50.044P表2溫度傳感器測(cè)試測(cè)量點(diǎn)

（℃）被檢表示值

（℃）標(biāo)準(zhǔn)器示值

（℃）平均示值誤差

（%）示值允許誤差

（%）測(cè)量不確定度

Urel(k=2)

（%）結(jié)論

Pass/Fail設(shè)定直接讀取直接采集自動(dòng)計(jì)算設(shè)定自動(dòng)計(jì)算自動(dòng)判斷-10.0-10.15-10.00-0.06±0.30.032P25.025.1725.000.06±0.30.025P60.060.1860.000.06±0.30.02P表3積算誤差測(cè)試測(cè)量點(diǎn)

（—）被檢表示值（—）標(biāo)準(zhǔn)器示值（—）平均示值誤差

（%）示值允許誤差

（%）測(cè)量不確定度

Urel(k=2)（%）結(jié)論

Pass/Fail設(shè)定直接讀取自動(dòng)計(jì)算自動(dòng)計(jì)算設(shè)定自動(dòng)計(jì)算自動(dòng)判斷10.98830.9885-0.03±0.30.16P21.95791.95770.01±0.30.15P32.94592.94520.02±0.30.15P43.93853.93790.01±0.30.15P54.94204.93730.09±0.30.16P表4轉(zhuǎn)換系數(shù)誤差測(cè)試測(cè)量點(diǎn)

（—）被檢表示值（—）標(biāo)準(zhǔn)器示值（—）平均示值誤差

（%）示值允許誤差

（%）測(cè)量不確定度

Urel(k=2)

（%）結(jié)論

Pass/Fail設(shè)定直接讀取自動(dòng)計(jì)算自動(dòng)計(jì)算設(shè)定自動(dòng)計(jì)算自動(dòng)判斷10.98830.9955-0.72±1.00.15P21.95791.9684-0.53±1.00.15P32.94592.9599-0.47±1.00.15P43.93853.9562-0.45±1.00.15P54.94204.9577-0.32±1.00.16P由表1~表4可見：所有壓力、溫度校準(zhǔn)點(diǎn)均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，方便快捷。壓力值、溫度值、積算值、轉(zhuǎn)換系數(shù)等數(shù)據(jù)可直接讀取、采集或自動(dòng)計(jì)算得到，示值誤差自動(dòng)計(jì)算，結(jié)論自動(dòng)判斷，全程無人為干擾。6不確定度分析根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，體積修正儀校準(zhǔn)裝置各部分引入的誤差采用不確定度的B類評(píng)定方法來評(píng)定，整套校準(zhǔn)裝置的不確定度用相對(duì)擴(kuò)展不確定度來表征。下文將對(duì)各部分引入的不確定度進(jìn)行分析[9]。6.1壓力測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度中低壓校驗(yàn)儀的準(zhǔn)確度為0.076%，按平均分布，不確定度評(píng)定方式采取B類評(píng)定方式，則有：u6.2溫度測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的準(zhǔn)確度為0.1℃，按平均分布，不確定度評(píng)定方式采取B類評(píng)定方式，則有：u6.3壓縮因子及計(jì)算過程引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度本文裝置校準(zhǔn)時(shí)未實(shí)際通過氣體，所以不存在氣體壓縮的問題，氣體無論位于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)還是工作狀態(tài)下，其壓縮因子都默認(rèn)為1。本校準(zhǔn)系統(tǒng)中的氣體狀態(tài)方程都可以簡(jiǎn)化為理想狀態(tài)下的氣體狀態(tài)方程，從而：u本裝置校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集及計(jì)算過程均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。計(jì)算機(jī)計(jì)算造成的不確定度可忽略不計(jì)[10]，即：u6.4裝置不確定度評(píng)定（表6）表6標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表不確定度來源符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)不確定度/%靈敏系數(shù)壓力ur(P)0.0441溫度ur(T)0.0191壓縮因子ur(Z)01計(jì)算過程ur(C)01設(shè)各標(biāo)準(zhǔn)不確定度不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u=0.000442+按正態(tài)分布，取k=2，擴(kuò)展不確定度為：U=2*0.0005=0.001。即相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：Urel=0.1%。7結(jié)束語(yǔ)通過開發(fā)專用壓力工裝等硬件搭建及校準(zhǔn)方法的更新，研制了一體式體積修正儀校準(zhǔn)裝置，研制的裝置滿足技術(shù)指標(biāo)與不確定度要求，彌補(bǔ)了一體