CN117740121B - 一种流量计自动校准标定装置及校准标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流量计校准领域，公开了一种流量计自动校准标定装置及校准标定方法，包括进气稳压室、标准流量管、恒温箱、出气稳压室和真空泵；进气稳压室设有气源进气口和气源出气口，用于与气源和标准流量管连接；进气稳压室设有稳压口，用于连通大气调节压力；标准流量管一端与气源出气口相连，另一端与恒温箱连接；恒温箱内设有温度控制装置和流量计夹持装置，恒温箱开设有进气口和出气口，用于与标准流量管和出气稳压室连接。本发明采用长度直径一定的标准流量管与流量计串联，通过控制标准流量管两端压差，实现标准流量管流过流量固定，代替传统高精度流量计，能够实现多台同量程流量计的同时校准，提高生产效率，减小人工误差及校准成本。

Description

一种流量计自动校准标定装置及校准标定方法

技术领域

本发明涉及流量计校准技术领域，具体而言，涉及一种流量计自动校准标定装置及校准标定方法。

背景技术

传统流量计校准或标定通常需要和一个精度更高的流量计串联进行检测，这种校准方式一次只能校准一台设备，若想多台一起校准则需要多台高精度流量计。根据气体质量流量计电子行业标准SJ/T 10583-2016规定标准质量流量计的误差应小于等于被标定流量控制器误差的三分之一，若想要能达到±1％F.S精度的流量计则需要使用误差小于等于±0.3F.S的流量计，而要能达到这个精度的流量计价格一般会比较昂贵。若采用传统人工校准方法则不仅会引入人工误差，在校准效率上也比较低，成本也偏高。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种流量计自动校准标定装置及校准标定方法，采用长度和直径一定的标准流量管与待校准流量计串联，通过控制标准流量管两端之间的压差，实现标准流量管流过流量固定，以进行流量计的校准；同时通过连接多个同量程流量计，能够同时进行多台校准，在提高了生产效率的同时减小了人工误差以及校准成本。

本发明通过下述技术方案实现：

一方面，本发明提供一种流量计自动校准标定装置，包括依次连接的进气稳压室、标准流量管、恒温箱、出气稳压室和真空泵；

所述进气稳压室开设有气源进气口，用于与气源连接；进气稳压室开设有气源出气口，用于与标准流量管连接；进气稳压室开设有稳压口，用于连通大气调节进气稳压室内部压力；

所述标准流量管为两端贯通的圆管，所述标准流量管的一端与气源出气口相连，另一端与恒温箱连接；

所述恒温箱内设置有温度控制装置和流量计夹持装置，恒温箱上开设有进气口，用于与标准流量管连接，恒温箱上开设有出气口，用于与出气稳压室连接；所述流量计夹持装置用于安装待校准流量计，使待校准流量计两端分别与标准流量管和出气稳压室连通；

所述出气稳压室的气源出口与真空泵相连。

本发明采用长度和直径一定的标准流量管与待校准流量计串联，通过控制标准流量管两端之间的压差，实现标准流量管流过流量的固定，以进行流量计的校准；采用流量固定的标准流量管代替传统的高精度流量计，标准流量管能够同时连接多个同量程流量计，实现多台同量程流量计的同时校准，提高了生产效率的同时减小了人工误差以及校准成本。

本发明的标准流量管为根据哈根-泊肃叶公式设计的长度及内径一定的不锈钢圆管，根据哈根-泊肃叶公式，在层流状态下任意一个过流断面上有流量其中Δp是流量管两端的压差，d是流量管半径，l是流量管长度，μ是气体的粘滞系数。

在本发明中，当标准流量管的半径固定，长度固定，使用的气源气体固定时，通过进口稳压室和出口稳压室能够达到标准流量管两端压差的固定，从而实现流过标准流量管的流量固定的目的。这样，在进行流量计校准时，通过比对流过标准流量管的流量Q和流量计的测试数值，即可得到流量计的误差。其中，标准流量管在实际使用前需要经过一次高精度标准流量计计量，来保证实际值和理论值的统一性。若相差过大则以实际计量值为准，经过计量的标准标流管的精度能够和高精度流量计一致且不会存在温漂问题。

在某一具体实施方式中，还包括差压规，所述进气稳压室和出气稳压室均开设有旁路出口与差压规相连，所述进气稳压室和出气稳压室还均开设有大气出口，用于与大气连通。当需要校准流量为0SCCM时流量计的误差，通过连通大气出口、旁路出口以及差压规，此时待校准流量计的两端无压差，此时将待校准流量计调零，读取其测量值，此时测到的误差就是其0SCCM时的误差。

在某一具体实施方式中，所述标准流量管包括多根半径和/或长度不同的标准流量管，多根标准流量管并联连接在进气稳压室和恒温箱之间。本发明并联设置多根不同半径或长度的标准流量管，即标准流量管之间的流量不同，通过更换气源通过的标准流量管，可以快速测量待校准流量计不同校准点的误差。

在某一具体实施方式中，为保证流量管进气为层流状态，标准流量管的两端设置有气体层流装置，所述气体层流装置可以选用现有已知的层流分布结构。

在某一具体实施方式中，进气稳压室的气源进气口处安装有电磁阀V1，进气稳压室的稳压口处安装有电磁阀V2，进气稳压室的气源出气口与标准流量管之间安装有电磁阀V4，恒温箱的出气口与出气稳压室之间安装有电磁阀V6，出气稳压室的气源出口与真空泵之间安装有电磁阀V9；进气稳压室的大气出口处安装有电磁阀V3，出气稳压室的大气出口处安装有电磁阀V7，进气稳压室的旁路出口和与差压规之间设置有电磁阀V5，出气稳压室的旁路出口与差压规之间设置有电磁阀V8；所述校准标定装置还包括工业控制计算机，所有电磁阀均与工业控制计算机通信连接。

在某一具体实施方式中，所述进气稳压室的气源进气口与气源之间设置有过滤装置，气源此处采用高纯氮气瓶，使气源和过滤装置连接，过滤装置能够过滤颗粒物及干燥气体，使流进进气稳压室内部的气体干燥、干净。

在某一具体实施方式中，所述进气稳压室内还安装有压力表和温度计，压力表和温度表必须采用带通信功能的数显压力表和温度计，方便与工业控制计算机的测试台主板进行通信，测试台主板根据设定的压力值来调节电磁阀使稳压室内的气压稳定在一定范围内，温度计则是监控稳压室腔体内部气体温度用于反映实时的工况出气，出气稳压室还连有真空计，便于测量出口稳压室腔体压力。

在某一具体实施方式中，所述流量计夹持装置为弹簧柔性爪夹，且设置有多个，能够用于夹持多个待校准流量计。

第二方面，本发明提供一种流量计自动校准标定方法，基于上述自动校准标定装置，包括如下步骤：

(1)根据待校准流量计的校准满量程和待校准点Q，选取合适长度、半径的标准流量管，所述标准流量管的长度、半径满足哈根-泊肃叶公式：层流状态下任意一个过流断面上流量Δp是标准流量管两端的压差，d是标准流量管半径，l是标准流量管长度，μ是气源气体的粘滞系数；

(2)将标准流量管安装在进气稳压室的气源出气口与恒温箱的进气口之间；

(3)将待校准流量计安装在恒温箱中，使得待校准流量计进气口和标准流量管连接，出气口和出气稳压室连接；

(4)在工业控制计算机上设置需要的压差以及需要校准的流量点，从进气稳压室的进口处通入气源，打开真空泵，调节进气稳压室内的压力，使得进气稳压室与出气稳压室之间的压差为ΔP；

(5)然后打开进气稳压室与标准流量管之间的电磁阀，待气压稳定，读取待校准流量计的测量值，该测量值与Q之间的差值即为该校准点的误差，校准完成后上位机生成校准测试报告并发出警报表示校准结束。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和增益效果：

1、本发明实施例提供的一种流量计自动校准标定装置及校准标定方法，采用长度和直径一定的标准流量管与待校准流量计串联，通过控制标准流量管两端之间的压差，实现标准流量管流过流量的固定，以进行流量计的校准；采用流量固定的标准流量管代替传统的高精度流量计，标准流量管能够同时连接多个同量程流量计，实现多台同量程流量计的同时校准，提高了生产效率的同时减小了人工误差以及校准成本；

2、本发明实施例提供的一种流量计自动校准标定装置及校准标定方法，当标准流量管的半径固定，长度固定，使用的气体固定时，通过进口稳压室和出口稳压室能够达到标准流量管两端压差的固定，从而实现标准流量管流过流量固定的目的，这样通过比对流过标准流量管的流量和流量计的测试数值，即可得到流量计的误差，校准精度高，不会存在温漂问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的标准流量管结构图；

图2为本发明实施例1提供的校准标定装置的电气连接示意图；

图3为本发明实施例3提供的校准标定流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1和图2所述，本发明实施例提供一种流量计自动校准标定装置，包括依次连接的进气稳压室、标准流量管、恒温箱、出气稳压室和真空泵；

所述进气稳压室开设有气源进气口，用于与气源连接；进气稳压室开设有气源出气口，用于与标准流量管连接；进气稳压室开设有稳压口，用于连通大气调节进气稳压室内部压力；

所述标准流量管为两端贯通的圆管，所述标准流量管的一端与气源出气口相连，另一端与恒温箱连接；

所述恒温箱内设置有温度控制装置和流量计夹持装置，恒温箱上开设有进气口，用于与标准流量管连接，恒温箱上开设有出气口，用于与出气稳压室连接；所述流量计夹持装置用于安装待校准流量计，使待校准流量计两端分别与标准流量管和出气稳压室连通；

所述出气稳压室的气源出口与真空泵相连。

本发明采用长度和直径一定的标准流量管与待校准流量计串联，通过控制标准流量管两端之间的压差，实现标准流量管流过流量的固定，以进行流量计的校准；采用流量固定的标准流量管代替传统的高精度流量计，标准流量管能够同时连接多个同量程流量计，实现多台同量程流量计的同时校准，提高了生产效率的同时减小了人工误差以及校准成本。

本发明的标准流量管为根据哈根-泊肃叶公式设计的长度及内径一定的不锈钢圆管，根据哈根-泊肃叶公式，在层流状态下任意一个过流断面上有流量其中Δp是流量管两端的压差，d是流量管半径，l是流量管长度，μ是气体的粘滞系数。

在本发明中，当标准流量管的半径固定，长度固定，使用的气体固定时，通过进口稳压室和出口稳压室能够达到标准流量管两端压差的固定，从而实现流过标准流量管的流量固定的目的。这样，在进行流量计校准时，通过比对流过标准流量管的流量Q和流量计的测试数值，即可得到流量计的误差。其中，标准流量管在实际使用前需要经过一次高精度标准流量计计量，来保证实际值和理论值的统一性。若相差过大则以实际计量值为准，经过计量的标准标流管的精度能够和高精度流量计一致且不会存在温漂问题。

在某一具体实施方式中，还包括差压规，所述进气稳压室和出气稳压室均开设有旁路出口与差压规相连，所述进气稳压室和出气稳压室还均开设有大气出口，用于与大气连通。当需要校准流量为0SCCM时流量计的误差，通过连通大气出口、旁路出口以及差压规，此时待校准流量计的两端无压差，将待校准流量计调零，读取其测量值，此时测到的误差就是其0SCCM时的误差。

在某一具体实施方式中，所述标准流量管包括多根半径和/或长度不同的标准流量管，多根标准流量管并联连接在进气稳压室和恒温箱之间。本发明并联设置多根不同半径或长度的标准流量管，即标准流量管之间的流量不同，通过更换气源通过的标准流量管，可以快速测量待校准流量计不同校准点的误差。

在某一具体实施方式中，为保证流量管进气为层流状态，标准流量管的两端设置有气体层流装置，所述气体层流装置可以选用现有已知的层流分布结构。

在某一具体实施方式中，进气稳压室的气源进气口处安装有电磁阀V1，进气稳压室的稳压口处安装有电磁阀V2，进气稳压室的气源出气口与标准流量管之间安装有电磁阀V4，恒温箱的出气口与出气稳压室之间安装有电磁阀V6，出气稳压室的气源出口与真空泵之间安装有电磁阀V9；进气稳压室的大气出口处安装有电磁阀V3，出气稳压室的大气出口处安装有电磁阀V7，进气稳压室的旁路出口和与差压规之间设置有电磁阀V5，出气稳压室的旁路出口与差压规之间设置有电磁阀V8；所述校准标定装置还包括工业控制计算机，所有电磁阀均与工业控制计算机通信连接。

在某一具体实施方式中，所述进气稳压室的气源进气口与气源之间设置有过滤装置，本发明气源采用高纯氮气瓶，使气源和过滤装置连接，过滤装置能够过滤颗粒物及干燥气体，使流进进气稳压室内部的气体干燥、干净。

在某一具体实施方式中，所述进气稳压室内还安装有压力表和温度计，压力表和温度表必须采用带通信功能的数显压力表和温度计，方便与工业控制计算机的测试台主板进行通信，测试台主板根据设定的压力值来调节电磁阀使稳压室内的气压稳定在一定范围内，温度计则是监控稳压室腔体内部气体温度用于反映实时的工况出气，出气稳压室还连有真空计，便于测量出口稳压室腔体压力。

在某一具体实施方式中，所述流量计夹持装置为弹簧柔性爪夹，且设置有多个，能够用于夹持多个待校准流量计。

实施例2

本发明实施例提供一种流量计自动校准标定方法，基于实施例所述自动校准标定装置，包括如下步骤：

(1)根据待校准流量计的校准满量程和待校准点Q，选取合适长度、半径的标准流量管，所述标准流量管的长度、半径满足哈根-泊肃叶公式：层流状态下任意一个过流断面上流量Δp是标准流量管两端的压差，d是标准流量管半径，l是标准流量管长度，μ是气源气体的粘滞系数；

(2)将标准流量管安装在进气稳压室的气源出气口与恒温箱的进气口之间；

(3)将待校准流量计安装在恒温箱中，使得待校准流量计进气口和标准流量管连接，出气口和出气稳压室连接；

(4)在工业控制计算机上设置需要的压差以及需要校准的流量点，从进气稳压室的进口处通入气源，打开真空泵，调节进气稳压室内的压力，使得进气稳压室与出气稳压室之间的压差为ΔP；

(5)然后打开进气稳压室与标准流量管之间的电磁阀，待气压稳定，读取待校准流量计的测量值，该测量值与Q之间的差值即为该校准点的误差，校准完成后上位机生成校准测试报告并发出警报表示校准结束。

实施例3

如图3所示，本发明实施例提供一种基于实施例2的流量计自动校准标定方法，所述待校准流量计的满量程为500SCCM，校准点为0SCCM，100SCCM，200SCCM，500SCCM，同时设定压差ΔP为0.3MPa，具体步骤如下：

(1)将100SCCM，200SCCM和500SCCM的三根标准流量管安装好，并分别通过电磁阀V4.1、V4.2、V4.3与进气稳压室连接；将待校准流量计的进气口和标准流量管进行连接，出气口和出气稳压室连接，连接好后给恒温箱内的温度控制装置启动进行预热，此时差压规和待校准流量计都是处于预热状态，恒温箱默认设置为标况(0℃，标准大气压)；在工业控制计算机上设置，设置压差0.3MPa以及电磁阀对应连接的标准流量管；

(2)待预热结束，恒温箱温度恒定后，此时打开电磁阀V3，V5，V7，V8，此时差压规的示数为0，表示待校准流量计两端无压差，此时将待待校准流量计调零，读取其测量值，此时测到的误差就是其0SCCM时的误差；

(3)关闭电磁阀V7，V8，V3打开V6，V9，V1及真空泵，此时工业控制计算机会根据步骤(1)中设置的压差调节电磁阀V2，使进气压力稳定，此时打开电磁阀V4.1(1此时表示进气稳压室和100SCCM标准流量管之间的电磁阀，由于此处有多根标流管故图中用x表示当前需要使用的那一个电磁阀，x和标准流量管之间的关系在步骤(1)中设置一一对应)，读取当前待校准流量计测量值，此时的读数和100SCCM之间的误差就是流量计100SCCM时的误差；

(4)关闭电磁阀V4.1打开V4.2(200SCCM标准流量管和进气稳压室间的电磁阀)，待气压稳定，读取待校准流量计测量值，此时的读数和200SCCM之间的误差就是流量计200SCCM时的误差；

(5)重复上述步骤，关闭电磁阀V4.2打开V4.3(500SCCM标准流量管和进气稳压室间的电磁阀)待气压稳定，读取流量计测量值，完成待校验流量的一轮测量；

(6)若在步骤(1)设置了流量计只测量一轮即测量结束，此时关闭电磁阀V1，V2，V9打开电磁阀V7，V8，待差压规示数为0，恒温箱温度恒定到30℃后，取出校准完的流量计并导出校准文件。

使用本发明装置校准流量计除步骤(1)需要在工业控制计算机上设置参数及连接标准流量管和流量计外，其余步骤皆自动化完成，且可以同时校准多台同量程流量计，在提高了生产效率的同时减小了人工误差以及校准成本。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种流量计自动校准标定装置，其特征在于，包括依次连接的进气稳压室、标准流量管、恒温箱、出气稳压室和真空泵；

所述进气稳压室开设有气源进气口，用于与气源连接；进气稳压室开设有气源出气口，用于与标准流量管连接；进气稳压室开设有稳压口，用于连通大气调节进气稳压室内部压力；

所述标准流量管为两端贯通的圆管，所述标准流量管的一端与气源出气口相连，另一端与恒温箱连接；所述标准流量管包括多根半径和/或长度不同的标准流量管，多根标准流量管并联连接在进气稳压室和恒温箱之间；

所述恒温箱内设置有温度控制装置和流量计夹持装置，恒温箱上开设有进气口，用于与标准流量管连接，恒温箱上开设有出气口，用于与出气稳压室连接；所述流量计夹持装置用于安装待校准流量计，使待校准流量计两端分别与标准流量管和出气稳压室连通；

所述出气稳压室的气源出口与真空泵相连；

还包括差压规，所述进气稳压室和出气稳压室均开设有旁路出口与差压规相连，所述进气稳压室和出气稳压室还均开设有大气出口，用于与大气连通；

所述自动校准标定装置的标定方法包括如下步骤：

(1)根据待校准流量计的校准满量程和待校准点Q，选取标准流量管，所述标准流量管的长度、半径满足哈根-泊肃叶公式：层流状态下任意一个过流断面上流量Δp是标准流量管两端的压差，d是标准流量管半径，l是标准流量管长度，μ是气源气体的粘滞系数；

(2)将标准流量管安装在进气稳压室的气源出气口与恒温箱的进气口之间；

(3)将待校准流量计安装在恒温箱中，使得待校准流量计进气口和标准流量管连接，出气口和出气稳压室连接；

(4)从进气稳压室的进口处通入气源，打开真空泵，调节进气稳压室内的压力，使得进气稳压室与出气稳压室之间的压差为ΔP；

(5)然后打开进气稳压室与标准流量管之间的电磁阀，待气压稳定，读取待校准流量计的测量值，该测量值与Q之间的差值即为该校准点的误差。

2.根据权利要求1所述的一种流量计自动校准标定装置，其特征在于，标准流量管的两端设置有气体层流装置。

3.根据权利要求1所述的一种流量计自动校准标定装置，其特征在于，进气稳压室的气源进气口处安装有电磁阀V1，进气稳压室的稳压口处安装有电磁阀V2，进气稳压室的气源出气口与标准流量管之间安装有电磁阀V4，恒温箱的出气口与出气稳压室之间安装有电磁阀V6，出气稳压室的气源出口与真空泵之间安装有电磁阀V9。

4.根据权利要求3所述的一种流量计自动校准标定装置，其特征在于，进气稳压室的大气出口处安装有电磁阀V3，出气稳压室的大气出口处安装有电磁阀V7，进气稳压室的旁路出口和与差压规之间设置有电磁阀V5，出气稳压室的旁路出口与差压规之间设置有电磁阀V8；

所述校准标定装置还包括工业控制计算机，所有电磁阀均与工业控制计算机通信连接。

5.根据权利要求1所述的一种流量计自动校准标定装置，其特征在于，所述进气稳压室的气源进气口与气源之间设置有过滤装置。

6.根据权利要求1所述的一种流量计自动校准标定装置，其特征在于，所述进气稳压室内还安装有压力表和温度计，出气稳压室还连有真空计。

7.根据权利要求1所述的一种流量计自动校准标定装置，其特征在于，所述流量计夹持装置为弹簧柔性爪夹。