氦气流量校准装置的研究

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1、2011年8月第31卷第4期宇航计测技术JournalofAstronauticMelrologyandMeasurementAug．，2011V01．31．No．4文章编号：1000—7202(2011)04—0018—04中图分类号：7

2、'B937氦气流量校准装置的研究孙凤举李强(北京航天计量测试技术研究所，北京100076)文献标识码：A摘要简要分析了氦气流量校准装置的工作原理和结构，对系统的软、硬件及校准流程进行了讨论，提出并详细阐述了其计量容积的标定技术和计算方法，并在主标准器的结构设计

3、上提出了新的思路，使装置的流量测量扩展不确定度可达0．03％(^=2)。关键词氦流量校准设备钟罩ResearchonBellProverforHeliumFlowCalibrationSUNFeng-juLIQiang(BeqingAerospaceImtimteforMetrologyandMeasurementTechnology，Bering100076)AbstractTheprincipleofworkandthestructureofasmallscaledbellpmverforhe

4、liumflowareintroduced．Thedesignofhardware，softwareandthecalibrationofproverarediscussed．Anewealibra-tionmethodandthestructuredesignoftheprovera弛raised．andit’smeasurementuncertaintyhasreached0．03％(k=2)．KeywordsHeliumFlowrateCalibrationEquipmentBell1引言氦

5、气凭借其稳定的化学性能、极低的沸点和极轻的比重优势，在生产中一直是供气系统上最常用的气源之一。因此，氦气流量计量问题广泛地存在于各种生产任务当中，如：供气系统上各种孔板、活门、限流组件、泄压组件等氦气流量特性试验是研制进程中必不可少的重要环节，且对氦气流量测量准确度的要求越来越高。所以，对这些试验中使用的氦气流量计量设备的准确校准显得非常必要。但目前市场上没有专门针对氦气流量特性而设计的流量计，普遍用于氦气流量测量的气体流量计收藕日期：2010—07—05，修回日期：2010—07—25作者简介：

6、孙凤举(1983一)．男，工程师．硕士，主要研究方向：流量计量。出厂一般以空气作为其刻度标定介质”l。一般来讲，多数气体流量计的流量特性因使用介质的不同而不同，其中有些在一定范围内，具有确定的介质流量换算关系，比如对于常用的转子(或称浮子)流量计来说，在相同的使用条件下，物理性质相近的气体介质间的流量有如下关系”o㈣”。，七㈩式中：q——工作气体的流量；口。——刻度标定气体的流量；}一流量比值系数；p。——工作气体在标况下的密度；p-一——刻度标定气体在标况下的密度。第4期氦气流量校准装置的研究对

7、于氮气、氧气等与空气物理性质接近的气体，上述流量修正公式是没有问题的，这也是被转子流量计的工作原理和大量的实际使用经验证实了的。然而对于氦气来说，其物理性质与常规气体相差很远，经大量的试验数据和实际使用经验证实，上述公式是不适用的【3J，而且流量比值系数也因流量大小的不同而单调变化，这就造成了实际使用上的巨大测量误差，其它类型流量计也有相似问题。所以，必须对这些流量计量设备在专用的氦气流量校准装置上进行校准才能保证其计量准确度。102装置的工作原理及结构本套装置主要由以下几部分组成：氦气流量源、主

8、标准器(液位补偿式气体钟罩)、测控系统和主标准器计量容积标定(校准)系统。与普遍使用的正吹法钟罩式气体流量装置H’不同，氦气流量校准装置采用反吹进气的方式以保证足够纯度的氦气介质流经被校流量计，并可有效解决由于被校流量计的压力损失较大而无法在全量程内得到校准的难题。图l为装置的结构原理示意图。1．氦气储存装置；2．减压、稳压装置；3．调节阀；4．被校流量计；5．液槽；6．钟罩；7．光电开关；8．挡板；9．导柱；10．浮力补偿装置；11．液位补偿装置图1氦气流量校准装置结构原理图其工作原理为：氦气储

9、存装置1内的高压氦气经过二级减压后，压力降为(0～0．7)MPa，为完成流量计的校准提供了足够的工作压力，再经节流阀的调节，便形成可变流量的稳定氦气流量源。通过被校流量计4流入主标准器，在主标准器的立柱上设置有不同间距的三个光电开关7，用以标记计量容积，随着气流的流动，圆筒形钟罩6开始上升，与此同时，通过浮力补偿机构10的浮力补偿，钟罩内气压保持恒定，在钟罩匀速运动过程中，安装在钟罩上的挡板8先后触发光电开关产生控制信号，控制测控系统完成钟罩流入特定气体量AV所需时间缸的测量，由式