钟罩式气体流量标准技术报告
20L钟罩式气体流量标准装置及其测量不确定度评定-2019年文档
20L钟罩式气体流量标准装置及其测量不确定度评定1 装置结构及工作原理20L钟罩式气体流量标准装置由钟罩本体、温度和压力传感器、管路系统和控制系统四部分组成，其中钟罩本体采用白油作为密封介质，主要结构包括钟罩体、光电编码器、钟罩底座、鼓风机、平衡锤、压力补偿机构等。
标准装置工作过程：开启鼓风机，打开气动阀，关闭管道阀门。
空气经过导气管进入钟罩，使钟罩上升。
当钟罩上升到上限挡板位置时，鼓风机停止送风，关闭气动阀。
停止一段时间，待钟罩内压力、温度稳定后，打开阀门，钟罩内气体通过导气管流经被检流量计，排入大气，钟罩缓慢下降。
在此过程中，通过记录钟罩内气体的排出量和通过被检流量计的气体量，以钟罩的体积量为标准值同被检流量计的示值比较，就能确定被检流量计的示值误差。
2 控制系统及控制软件20L钟罩式气体流量标准装置控制系统由计算机通过数据采集卡采集信号，主要是实现对钟罩本体的控制，包括钟罩内的温度、压力，编码器输出的脉冲，钟罩的进气和出气阀门，钟罩的进气限位开关等。
其中钟罩位移的检测是通过一只高精度的旋转编码器和与编码器相连的机械传动机构，将钟罩的直线位移转为编码器的旋转，通过测量单位容积所代表码盘的脉冲数得到钟罩容积与编码器脉冲数之间的对应关系。
控制软件采用组态软件进行编程，可以在人机界面上实现动画，而且还可以显示钟罩本体各个采集数据，用户根据需要设定检点的流量点，流量和检定次数，通过采集到的钟罩本体内的温度压力流量和流量计前的温度压力进行数据处理，然后计算出被检流量计的示值误差和重复性。
3 不确定度评定（1）钟罩体积本身的定值不确定度ur（Vs）的评定。
采用静态容积法对钟罩进行检定，则用标准金属量器检定得到钟罩体积本身的定值不确定度为Ur（Vs）=0.18%，k=2，故标准不确定度Ur（Vs）=0.09%。
灵敏系数为：cr（Vs）=1（2）温度引起的不确定度ur（θ）的评定。
1）钟罩内温度测量引起的不确定度ur1（θ）。
《钟罩式气体流量标准装置》计量检定规程有关内容说明
ｙ。＝［＿＂１１（ｄ）２Ｈ一＋Ｖｓ—Ｖｒ］［１＋（“ｌ＋ 斗
２罩０ｒ２的一式线Ｏｔ４中膨－２：０胀ｔ５Ｏ）／系（２ｔ０数、—：００）［］卜厂分检别定为时标钟尺罩、内钟 气体温度；卜钟罩的平均直径；
析．希望能对钟罩装置的检定工作
有所帮助。
管理管
蓉》麓》ｏ＿鍪＃蠢～∞一童∑：＿｝畿
图１ 图１钟罩内的液面为Ａ，外面的 液面（环行平面）为Ｂ，把此时的钟 罩与Ａ液面重合的横截面定为下截 面。图２钟罩内的液面由Ａ升到Ａ７， 外面的液面由Ｂ升到Ｂ’．把此时的 钟罩与Ａ’液面重合的横截面定为 上截面。与上、下截面等距的截面
ｙ，为钟罩外侧液槽内液体从液 面Ｂ到液面Ｂ ７外水升高的体积：
ｙ。为标尺浸入水中的体积（浸入 的高度为Ｈ）；
ｙ。为在图ｌ位置时钟罩内（包括 导气管）的气体体积；
ｙ。为在图２位置时钟罩内的气 体体积：
ｙ。为从图１到图２位置时钟罩 内排出的气体净体积：
ｈ为液面Ｂ和Ｂ’的高度差： Ｈ为上下截面间的距离； ．ｓ为上下截面间的平均外横截面 面积。 因 Ｖ．＝Ｖｓ＋Ｖ。＋Ｖｐ一矿。
万方数据
种方法。此方法最初是由美国国家
标准局贝克博士首先提出的，主要
是通过测量钟罩的直径、高度及其
他有关参数来计算出容积值。这种
方法与容积法相比，使用的测量仪
器设备简单轻便、投资少、省时、省
力。在修订的规程中已给出详细的
测量方法和计算方法，在此不加赘
述。只是为了让大家更明确规程计
算公式的由来，给出公式的推导分
△式ｙ中Ｙ；：△ｙ△Ｙｓ·ｙ甜厂计量罐内含水油
品液位下静压力引起的容积增大值，
钟罩式气体流量标准装置控制单元的研制
钟罩档板信号
— —
钟罩式气体流量标准装 置是 检定气体 流量计 及流量量 值 传递 的主要设备之一 ， 已被许 多气体 流量计生产企业及 计量检
定部 门采用。钟罩 式气体 流量标准装 置 主要 用于 容积式气 体 流量计 、 速度式气体流量计 和气体转 子流量计检定 。从 改造 现 有 的钟罩装 置人 手， 设计 了由计算机 和控 制单元 组成 检定 系 统， 给出了检定系统中控制单元的硬件电路 和软件设计方法。 １ 钟罩装置原理 钟罩式气体流量标 准装置本 身是一个 恒压源 并给 出标准 容积的装置 ， 当钟罩下 降时 ， 钟罩 内气体通过 连接管路 流经 被检仪表 ， 在钟罩下降同时通过 光栅 尺将钟罩下降 的高 度转 变 为脉 冲信号 ， 经硬件接 口电路 调理后传 送给计 算机 ， 算机 经 计 过补偿修正等运算处理 ， 将其转换成气体标 准体积或者体积 流 量 。另外 ， 标定后 的钟罩装 置设有挡 板和光 电传感 器 ， 钟罩 两 挡板之间的容积是 固定的 ， 挡板先后通过光 电传感 器所经历 的
２１ ０ Ｏ年
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎｔ ｕ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
２ Ｏ Ｏｌ
ＮＯ ．１
第 １ 期
钟 罩式 气体 流量 标 准装置 控 制单 元 的研 制
周孝轩 ， 毛谦敏 ， 黄咏梅
ｃ ｓ ｉ ｇ ａ ｄ ｖ ｌｅ ｃ ｎｒ ｌ ａ ｄ ａｓ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｓ ｆ ｒ ｅ ｉ ｈ ｃ ｏ ｔｉ ｓａ ｑ ｉｉ ｏ ｎ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇｏ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌｄ ｔ． ｅ ｓ ｎ ａｖ ｏ ｔ ， ｎ ｌｏ ｉ ｔ ｕ ｅ ｏｔ ｅ ｄ ｓｇ ｗ ｉｈ ｃ ｎａ ｎ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ａ ｄ ｐ ｅ ｓ ｆｅ ｐ ｒ ｎａ ａａ ｎ ｏ ｏ ｗａ ｎ ｉ ｏ ｎ ｉ
钟罩式气体流量标准装置
钟罩式气体流量标准装置
钟罩式气体流量标准装置是一种用于校准气体流量测量仪表的设备，其原理是
利用钟罩内气体流动产生的压差来确定气体流量，从而实现对流量测量仪表的准确校准。
本文将介绍钟罩式气体流量标准装置的工作原理、结构特点以及使用注意事项。
首先，钟罩式气体流量标准装置的工作原理是基于贝努利方程和连续方程。
当
气体通过钟罩时，由于钟罩内截面积的变化，气体流速发生改变，从而产生了静压和动压的变化。
通过测量钟罩两侧的压差，可以计算出气体流量，进而实现对流量测量仪表的准确校准。
其次，钟罩式气体流量标准装置的结构特点主要包括钟罩、差压传感器、温度
传感器、压力传感器等组成部分。
钟罩通常采用金属材料制成，具有一定的流线型设计，以减小气体流动时的阻力和湍流效应。
差压传感器用于测量钟罩两侧的压差，温度传感器和压力传感器则用于对气体的温度和压力进行实时监测，从而保证测量结果的准确性和可靠性。
最后，使用钟罩式气体流量标准装置时需要注意以下几点。
首先，应选择适合
的钟罩尺寸和流量范围，以确保测量的准确性。
其次，在使用过程中应注意保持装置的清洁和完好，避免灰尘和杂质对测量结果造成影响。
另外，定期对装置进行校准和维护是十分必要的，以确保其长期稳定的工作性能。
综上所述，钟罩式气体流量标准装置是一种用于校准气体流量测量仪表的重要
设备，其工作原理基于贝努利方程和连续方程，具有结构简单、测量精度高的特点。
在使用时，需要注意选择合适的尺寸和流量范围，保持装置的清洁和完好，并定期进行校准和维护，以确保其稳定可靠的工作性能。
钟罩式气体流量标准装置
钟罩式气体流量标准装置
钟罩式气体流量标准装置是一种用于校准气体流量仪表的标准装置，其原理是利用钟罩内气体流动的特性来实现流量的精确测量。
该装置通常由钟罩、压力控制装置、温度控制装置、流量测量装置等部分组成，能够提供稳定、准确的气体流量标准。
在钟罩式气体流量标准装置中，钟罩起到了关键的作用。
钟罩是一种特殊形状的容器，其内部空间与外部环境隔离，通过控制内部压力和温度来实现气体流动的稳定。
钟罩内的气体流动受到外部环境的影响较小，能够提供相对独立的流量标准环境。
压力控制装置用于控制钟罩内的压力，通常采用精密的压力调节阀和传感器来实现对内部压力的精确控制。
通过调节压力控制装置，可以实现不同范围的气体流量标准。
温度控制装置则用于控制钟罩内的温度，通常采用恒温器或者热电偶等装置来实现对内部温度的精确控制。
温度对气体流动的影响较大，因此温度控制装置对于保证流量标准的稳定性至关重要。
流量测量装置用于实时监测钟罩内气体的流量，通常采用流量计或者质量流量计来进行测量。
通过对流量的精确测量，可以实现对气体流量标准的准确校准。
钟罩式气体流量标准装置具有精度高、稳定性好、适用范围广等特点，广泛应用于气体流量仪表的校准和检定工作中。
在工业生产、科研实验等领域都有着重要的应用价值。
总之，钟罩式气体流量标准装置是一种重要的气体流量标准装置，其稳定、准确的流量标准能够为气体流量仪表的校准和检定提供可靠保障，具有广阔的应用前景和市场需求。
钟罩式气体流量标准装置结构和理论基础
钟罩式气体流量标准装置结构和理论基础1．钟罩装置的结构原理钟罩式气体流量标准装置的结构如图2.1所示，它主要由钟罩、液槽、平衡锤和补偿机构组成。
按钟罩升降的传动方式，钟罩装置可分成机械传动式和气动式，一般大钟罩采用气动式；按液槽内是否有干槽，钟罩装置可分成湿式和干式两种[1]。
图2.1 钟罩式气体流量标准装置结构Fig.2.1 Structure of the bell prover gas calibration facility钟罩式气体流量标准装置是以经过标定的钟罩有效容积为标准容积的计量仪器，当钟罩下降时，钟罩内的气体经过试验管道排往被检表，以钟罩排出的气体标准体积来校验流量仪表。
为了保证在一次校验中，气体以恒定的流量排出钟罩，钟罩内应该有一个恒定的压力源，它是利用钟罩的重量超过平衡锤质量的常数而产生的（所以也叫钟罩余压），并利用补偿机构使得余压不随钟罩浸入液槽中的深度而改变，从而保证了钟罩内工作压力的恒定。
所以，钟罩式气体流量标准装置本身就是一个恒压源并能给出标准容积的装置。
当需要不同的工作压力时，可通过增减平衡锤的砝码来实现，平衡锤的砝码加得越多，钟罩内的工作压力就越低。
补偿机构是为了补偿钟罩内压力受密封液浮力影响的机构，目前常见的有链条式补偿机构、杠杆式补偿机构和象限式补偿机构等几种，国内钟罩装置主要用象限式补偿机构。
2．钟罩装置检定系统的理论基础钟罩装置检定系统的气体参数有[5]：Vz ——钟罩内部排出气体体积，单位L 。
Vz 是钟罩排出气体的标准体积，通过光电编码器测得钟罩下降距离，后经过计算可得到Vz 。
Tz ——钟罩内部气体温度，单位K 。
15.273+=tz Tz ，tz 为温度传感器测得的摄氏温度。
Pz ——钟罩内部气体压力，单位Pa 。
Pa pz Pz +=，pz 为压力传感器测得的压力，Pa 为标准大气压，101325=Pa Pa ，要使钟罩装置测量更加精确，还应该测量环境的大气压力。
钟罩式气体流量标准装置
图 5-2 钟罩装置组成示意图
1——密封槽；2——密封液；3——测湿；4——钟罩；5——测温；6——导向系统；7——调中机构； 8——激光干涉仪；9——凸轮；10——测压；11——浮力补偿重锤；12——液位平衡重锤；13——液位平 衡筒。
2．2 工作原理 如图 1 所示，装置工作时钟罩向下运动，将钟罩内气体通过管路、流量计排
2 凸轮补偿式钟罩 2.1 系统组成 钟罩式气体流量装置由机械部分和控制部分及数据采集处理部分组成。机械 部分主要由钟罩、密封液槽、液位平衡机构、浮力补偿机构、导向机构、钟罩质 点调节机构、管路、底座等组成。控制部分主要由风机、阀门、光电传感器、限 位开关等组成，测量系统主要由温度传感器、压力传感器、湿度传感器、激光干 涉仪、计时器、流量计信号等量的测量组成。（见图 5-2）。
2
图 5-1 钟罩式气体流量装置
１—钟罩；２—液槽；３—导气管；４—下挡板；５—上挡板；６—导轮；７—导 轨；８—水位管；９、１０—定滑轮；１１—配重物犌１１；１２—补偿机构； １３、１７ —温度计；１４、１８ —压力计；１５ —标尺；１６—光电发讯器； １９—鼓风机；２０—压板；２１、２３—阀门；２２—调节阀；２４—被检 流量计
标准体积值准确：由于标准体积仅与钟罩下降的距离及钟罩内横截面有关， 相关影响因素较少，因此标准体积的不确定度很小。
重复性好：从原理上看，其重复性仅与钟罩运动速度、光电开关测量的重复 性及环境温度变化等因素有关，而这些影响因素均很小，因此其重复性好。
内压稳定：由于钟罩 是悬浮在液体上面的一个封闭容器， 通过浮力补偿机构 的作用使得钟罩受到的向下的合力为一恒定的力。不管是通过钟罩自身重力向外 排气的方法，还是通过外界压缩空气向钟罩内充气的方法，钟罩内气体的压力始 终保持在一个稳定的状态， 其钟罩内压力的稳定性或称为压力波动最高可达到 1Pa。这对减小测量结果不确定度起着至关重要的作用。
一标段：钟罩式四表位燃气表检定装置技术规格
一标段：钟罩式四表位燃气表检定装置技术规格1、钟罩式气体流量标准装置的技术参数：1.1 精度等级：0.5%；1.2 流量范围：100L鈡罩：（0.5-6 ）m3/h ，20L钟罩（0.0 16-1.2 ）m3/h 。
★1.3 压力波动：≤30Pa；1.4 工作压力；1.6k Pa 满足4工位燃气表检定需要；★1.5 鈡罩的水槽、鈡罩筒、排气管等均采用优质不锈钢材料制造，永不生锈，且表面抛光；★1.6 鈡罩的提升方式为：恒温动力气体提升。
其提升原理：将空气压缩机排出的气体经过调压，恒温处理后，输送到钟罩内，避免了进入钟罩内的气体与室内气体温度不同，使检定结果更准确。
1.7 钟罩有关参数表：2.四工位夹表校验台的技术参数：★2.1 夹表方式：气动夹表、夹表力可调；能夹持、检定现在市场所普遍使用的膜式燃气表，也应能夹持、检定超声燃气表。
2.2 夹表数量：4块表串联；★2.3 表前管路压力损失：大流量下：≤20Pa；小流量下：≤2Pa；2.4 夹表定位：有夹表定位功能，夹表接头本身具有定位功能；2.5 可以联接100L鈡罩两台、20L鈡罩一台，一次装夹即可完成所有流量点的检定。
★3、双鈡罩组合切换系统：；3.1 采用独有技术将两台鈡罩联接起来3.2 两台鈡罩实现无扰动切换；3.3 保证两台鈡罩压力、波动等指标一致；4、检定控制系统：燃气表自动控制系统由PLC、各种模块、时间控制单元、电脑、打印机、压力传感器等组成。
符合《JJG577-2012》计量检定规程。
系统功能如下：控制系统与微机联机工作的功能：完成单点单次的气体流量表检定，实现对二台（100L一台，20L一台）钟罩的提升、检测、下降、停止的控制可以用来检定至少4台的容积式流量表（如燃气表）设定脉冲当量、仪表系数预置被检表类型、被检表数量、检表管线预置每次检定的提升脉冲数、检定容积实现双鈡罩的平滑转换显示钟罩提升或下降的脉冲数（容积）显示被检表示值流量，及流经被检表的实际累积流量记录检测时间，并自动计算气体瞬时流量，可以方便地做流量调节可以检测两点温度，多（或五）点压力，实现温度、压力补偿功能，显示被检表的压力损失，使其参与修正计算。
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计量标准技术报告
计量标准名称钟罩式气体流量标准装置
计量标准负责人
建标单位名称（公章）
填写日期
目录
一、建立计量标准目的
二、计量标准的工作原理及其组成
三、计量标准器及主要配套设备
四、计量标准的主要技术指标
五、环境条件
六、计量标准的量值溯源和传递框图
七、计量标准的重复性试验
八、计量标准的稳定性考核
九、检定或校准结果的测量不确定度评定
十、检定或校准结果的验证
十一、结论
十二、附加说明
5.1.1被检燃气表的测量重复性引入的不确定度分量)
V
(
1
u
以型号为G1.6规格为例，在重复性条件下测量十次（测量点100L）的燃气表大流量进行检定数据为例：
单位：L
次
数
结果
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
实测值
99.2 99.2 99.0 99.1 98.9 99.1 99.2 99.2 99.2 99.1
示值误差
0.09 0.09 -0.11 -0.01 0.21 -0.01 0.09 0.09 0.09 -0.01 平均值V=99.11
根据公式：
得s=0.10 L
而在实际测量时，一般在相同条件下重复进行以上测量三次，以三次测量的算术平均值作为测量结果，按A类标准不确定度分量进行判定。
因此，其平均值的标准差=
=
=
3
0.10
n
s
s0.06 L
相对标准不确定度分量)
V
(
1
u=0.06/100=0.06%
自由度)
V
(
1
ν=10-1=9
5.1.2被检燃气表数显量化误差引入的不确定度分量)
V
(
2
u
被检燃气表分辨力=
x
δ0.2 L按B类标准不确定度分量进行判定，由此带来的不确定度分量：
相对标准不确定度为)
V
(
2
u=0.29/100
x
δ=0.058% L 自由度∞
=
)
V
(
2
ν。