由于溫度對(duì)氣體體積計(jì)量有著不可忽略的體積差影響，所以帶有溫度補(bǔ)償功能的氣體流量計(jì)隨著市場(chǎng)發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，此時(shí)這類流量計(jì)的性能檢測(cè)設(shè)備就顯得至關(guān)重要。帶有溫度補(bǔ)償功能氣體流量計(jì)的檢測(cè)設(shè)備的特征在于：能夠?qū)⒘髁繖z測(cè)與溫度調(diào)整相結(jié)合，使一定流量范圍內(nèi)的檢測(cè)介質(zhì)流經(jīng)換熱設(shè)備時(shí)，通過多點(diǎn)分布溫度傳感器反饋，自動(dòng)控制調(diào)整熱交換量，使流體介質(zhì)及被檢設(shè)備迅速達(dá)到設(shè)定溫度范圍內(nèi)的任意溫度，以達(dá)到帶有溫度補(bǔ)償功能氣體流量計(jì)的檢測(cè)要求。

    2 氣體流量計(jì)性能檢測(cè)設(shè)備的原理及計(jì)算

    2.1 檢測(cè)設(shè)備原理、建立步驟

    2.1.1 檢測(cè)設(shè)備的研制原理

    該類設(shè)備必須是一種檢測(cè)具有溫度補(bǔ)償功能氣體流量計(jì)在設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)任意溫度點(diǎn)的示值誤差的設(shè)備。因?yàn)榫哂袦囟妊a(bǔ)償功能的氣體流量計(jì)工作在不同的溫度點(diǎn)（工況）時(shí)，可通過內(nèi)部設(shè)備自行將溫度變化產(chǎn)生的體積脹、縮量轉(zhuǎn)換至國(guó)標(biāo)溫度下的體積量（標(biāo)況）。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于具有溫度補(bǔ)償功能的氣體流量計(jì)的誤差檢測(cè)，多采用比對(duì)法。其中一種為使用不具有溫度補(bǔ)償功能的同型號(hào)計(jì)量表與其被檢表串聯(lián)測(cè)量，比較兩者的示值誤差，再在假定條件下估算求取誤差；另一種則為購(gòu)置國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)測(cè)量，但國(guó)內(nèi)不具有隨時(shí)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)表示值誤差重復(fù)性的能力，尤其對(duì)于家用氣體流量計(jì)更難于保證其穩(wěn)定性。

    該設(shè)備的檢測(cè)原理：采用建立場(chǎng)內(nèi)場(chǎng)的辦法進(jìn)行對(duì)比分析被測(cè)計(jì)量器具的誤差大小和溫度補(bǔ)償性能。即在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力場(chǎng)內(nèi)建立可任意調(diào)節(jié)其設(shè)計(jì)范圍內(nèi)參數(shù)溫度場(chǎng)的辦法，利用標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)內(nèi)的高精度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量設(shè)備計(jì)量示值和可調(diào)參數(shù)場(chǎng)內(nèi)的被測(cè)計(jì)量器的計(jì)量示值進(jìn)行對(duì)比，然后分析得出被測(cè)計(jì)量器具的誤差和溫度補(bǔ)償性能。

    2.1.2 檢測(cè)設(shè)備的建立步驟

    （1）根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)先行建立一個(gè)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力場(chǎng)（標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)狀況下的使用場(chǎng)），并準(zhǔn)備好達(dá)到設(shè)計(jì)需要的流體介質(zhì)。    

    （2）在標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)內(nèi)安裝高精度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器。

    （3）在標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)內(nèi)建立不影響標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)況的能夠在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)參數(shù)的場(chǎng)內(nèi)場(chǎng)，并合理安排被測(cè)計(jì)量器具在其內(nèi)部的被檢協(xié)調(diào)性。

    （4）連接各部分使之成為一個(gè)整體，做好各部分的協(xié)調(diào)測(cè)試機(jī)制，并保證各部分互不影響且單機(jī)測(cè)試性能良好。

    （5）檢測(cè)整機(jī)性能，并保證達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)性能。

    2.2 檢測(cè)設(shè)備的理論推論計(jì)算

    測(cè)試時(shí)，分別讀取相應(yīng)單元的以下各示值，按如下公式進(jìn)行計(jì)算，求得被測(cè)表的示值誤差。

    E：示值誤差，%；V_M：被測(cè)表記錄的體積量，m³；V_R：標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器記錄的體積量，m³；T_R：標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器記錄的溫度，K；T_B：被測(cè)表設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)溫度，K；P_M：被測(cè)表入口壓力，Pa；P_R：標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器的壓力，Pa。

    其算法公式理論推導(dǎo)如下：

    首先，將標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器的體積折算為溫度補(bǔ)償表在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度T_B、測(cè)試時(shí)被測(cè)表入口壓力P_M下的理想體積值V_B，由理想氣態(tài)方程導(dǎo)出下式：

    （1）

    由V_B、V_M通過測(cè)試誤差公式得出測(cè)試誤差E如下：    

    （2）

    將式（1）中V_B代入式（2）中，求得結(jié)果如下：

    （3）

    特殊情況，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度T_B與標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器記錄的溫度T_R相等時(shí)，式（3）簡(jiǎn)化為下式：

    （4）

    又因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器的壓力P_R與被測(cè)表入口壓力P_M的差值為流體沿程、局部壓力損失總和△P。

    將其代入式（4）得到

    （5）    

    其中λ為測(cè)試中的壓力損失修正值。在本試驗(yàn)中，取P_R＝1.01×10⁵Pa，在流量為Q_max時(shí)，流體從標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器至*塊被測(cè)表的壓力損失為150Pa，*塊表至第二塊表的壓力損失為200Pa，分別算得λ₁=0.9985、λ₂=0.9965。測(cè)試時(shí)，如無(wú)特殊情況，可以將此經(jīng)驗(yàn)值λ₁、λ₂直接代入求得被測(cè)表的示值誤差。在流量為0.2Q_max時(shí)，*塊表與第二塊表的壓力損失分別為100Pa、100Pa，據(jù)此算得λ₁=0.999、λ₂=0.998；在流量為Q_min時(shí)，可以近似認(rèn)為壓力損失為0，則λ也為0。將λ值分別代入，求得各流量點(diǎn)的示值誤差。

    3 應(yīng)用實(shí)踐介紹

    該類設(shè)備國(guó)內(nèi)的發(fā)展應(yīng)用目前還處在初級(jí)階段，應(yīng)用溫度補(bǔ)償類氣體流量計(jì)的性能檢測(cè)設(shè)備的較系統(tǒng)的范例要以燃?xì)庑袠I(yè)的溫度補(bǔ)償式燃?xì)獗頇z測(cè)設(shè)備zui為典型。

    溫度補(bǔ)償式燃?xì)獗硇阅軝z測(cè)設(shè)備是參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1359：1998《膜式煤氣表》、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6968-1997《膜式燃?xì)獗怼匪O(shè)計(jì)的專門用來(lái)檢測(cè)帶有溫度補(bǔ)償設(shè)備燃?xì)獗淼脑囼?yàn)設(shè)備（已取得）。該設(shè)備可以完成溫度補(bǔ)償表的型式鑒定測(cè)試，從而獲取溫度補(bǔ)償表的計(jì)量許可證并允許進(jìn)行批量生產(chǎn)。該試驗(yàn)設(shè)備主要分為三個(gè)單元：流體介質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器、溫度試驗(yàn)場(chǎng)單元。

    流體介質(zhì)：采用純度為99.999%的氮?dú)狻?/p>

    標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器：采用鐘罩式體積計(jì)量器計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體積，該讀數(shù)值參與到后期計(jì)算。工作時(shí)，高純氮?dú)饨?jīng)減壓閥減壓后通入鐘罩內(nèi)，氣體的壓力差作為提升鐘罩的動(dòng)力源，出氣端連接至高低溫試驗(yàn)箱進(jìn)氣端。

    溫度試驗(yàn)場(chǎng)單元：試驗(yàn)設(shè)備的核心部分，由特制的高低溫試驗(yàn)箱、壓力傳感器、溫度傳感器、傳感器接頭組件、支撐架等組成。工作時(shí)，試驗(yàn)介質(zhì)從進(jìn)氣端流入，經(jīng)一級(jí)換熱器迅速升（降）溫至接近試驗(yàn)溫度點(diǎn)，再經(jīng)二級(jí)換熱器使之與試驗(yàn)箱內(nèi)部溫度設(shè)定場(chǎng)達(dá)到一致，然后通過傳感器接頭組件進(jìn)入被測(cè)表內(nèi)，從表出口經(jīng)過傳感器接頭組件后，流經(jīng)試驗(yàn)箱外的流量噴嘴排出。被測(cè)表進(jìn)、出氣端的壓力、溫度參數(shù)可按設(shè)定方式分別由傳感器采集，參與到后期計(jì)算。另外，溫試驗(yàn)場(chǎng)單元還可以當(dāng)作普通高精度高低溫試驗(yàn)箱使用，而且操作便捷，界面直觀。

    溫度補(bǔ)償類氣體流量計(jì)性能檢測(cè)設(shè)備采用*的自動(dòng)溫度控制調(diào)節(jié)技術(shù)、流量測(cè)量技術(shù)，并且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的特殊情況設(shè)計(jì)而成。采用溫度PID調(diào)整、溫度傳感器多點(diǎn)分布、精密伺服調(diào)定熱交換量的流量，控制檢測(cè)介質(zhì)的溫度、體積，以滿足檢測(cè)要求。通過自動(dòng)控制加熱、制冷的負(fù)載分布，在精細(xì)冷熱對(duì)抗下，保證試驗(yàn)過程中溫度設(shè)定點(diǎn)的平衡，zui終讀取流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)器的示值，計(jì)算出該流量計(jì)的示值誤差。通過圖1可以了解試驗(yàn)流程，試驗(yàn)時(shí)首先通過功能調(diào)整區(qū)6設(shè)定試驗(yàn)要求，流量閥門10設(shè)定流量計(jì)的檢測(cè)流量點(diǎn)；開啟閥門2使試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)溫度下的檢測(cè)介質(zhì)1，流入標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器3，通過標(biāo)尺4計(jì)取標(biāo)定的體積；開啟閥門5，試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)溫度下的檢測(cè)介質(zhì)1流到被檢氣體流量計(jì)入口處7時(shí)，經(jīng)過一系列的熱交換，迅速達(dá)到試驗(yàn)溫度場(chǎng)9設(shè)定的溫度，進(jìn)而通過被檢氣體流量計(jì)、流量閥門10排出；當(dāng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器3標(biāo)定的體積時(shí)，關(guān)閉閥門5，通過流量計(jì)顯示設(shè)備8讀取流量計(jì)的示值，計(jì)算出該流量計(jì)的示值誤差，分析被測(cè)流量計(jì)的溫度補(bǔ)償性能后完成試驗(yàn)。整過程控制，采用精密伺服調(diào)節(jié)使檢測(cè)介質(zhì)溫度在設(shè)定溫度范圍內(nèi)迅速?gòu)脑囼?yàn)室環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定試驗(yàn)場(chǎng)溫度。

    上述試驗(yàn)中，就地取用空氣是一種長(zhǎng)期效益較好的方法。但是由于空氣中總含有水蒸汽，水蒸汽含量會(huì)隨著溫度和壓力的變化而變化。如果測(cè)試時(shí)試驗(yàn)箱的溫度低于試驗(yàn)室溫度，即在露點(diǎn)以下時(shí)空氣中的水蒸汽結(jié)露，從而對(duì)試驗(yàn)的計(jì)量準(zhǔn)確性產(chǎn)生不確定的影響，所以必須增加投資以對(duì)空氣進(jìn)行高度除濕處理后才能使用。采用高純氮?dú)怆m然解決了濕度問題，但進(jìn)行長(zhǎng)期檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)成本較高，當(dāng)然也可采用其他滿足條件的流體介質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量器可采用鐘罩式氣體計(jì)量器、音速噴嘴檢測(cè)設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)表等。溫度試驗(yàn)設(shè)備則必須是專門設(shè)計(jì)的專機(jī)。

    4 結(jié)語(yǔ)

    隨著氣體流量計(jì)量科學(xué)的不斷發(fā)展，溫度補(bǔ)償類氣體流量計(jì)以其計(jì)量精度高、計(jì)量方法科學(xué)而越來(lái)越普遍地得到廣大用戶的歡迎，作為專業(yè)的氣體流量計(jì)生產(chǎn)制造商，建立該類產(chǎn)品的性能檢測(cè)設(shè)備將是增強(qiáng)未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的前提條件。