重量法标定流量计*

2014-09-13张喜明

吉林建筑大学学报 2014年1期

张喜明李雪王炎

(吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春 130118)

任何科学实验都必须借助一定的实验装置和测量手段来完成.误差理论指出:凡是测量和实验,即使实验装置非常精密,也必然存在误差,测量水平的不断提高只能使误差逐渐减小,不可能使误差为零,只有充分考虑并减小实验误差的影响,才能得到真正有价值的实验结果[1].课题组的主要内容是利用太阳能热泵供热实验台对系统的供热性能进行实验研究.实验台的测量精度直接影响实验结论的正确性,必须对实验台进行误差分析,这样才能对实验结果的可靠性,以及实验台的精度作出正确评价.流量计因被测介质的不同以及长期使用均会产生误差,因此必须进行标定.

1 标定方法

1.1 标定仪器

笔者在实验室现有条件下对流量计进行定期标定,以保证流量计测量数据的准确性和可靠性.重量法标定流量计所需的仪器如下:① TGT50型台秤,最小刻度为0.05 kg;② 双圈牌MP4000型多功能电子天平,感量0.1 g;③ 1 800 mL玻璃量杯;④ 国家二级标准水银温度计(WLB-21棒型温度计),最小刻度0.1℃;⑤ JD-3A型金鹊牌电子秒表,最小读数0.01 s;⑥ 标定水箱.

图1 重量法标定流量计的标定过程

1.2 标定过程

重量法标定流量计的过程如图1所示,标定前应先称量标定水箱的净重,并将配制好的酒精—水溶液(体积比1∶2)灌入高位水箱,标定过程中高位水箱的液位应保持恒定.标定开始后,打开并调节阀门,使标定溶液以一定的流量先后流经累积流量计和转子流量计,然后经橡皮软管流入集液罐.待转子流量计读数稳定以后,将橡皮软管迅速接到标定水箱,让溶液流入水箱.按下秒表并记录累积流量计的起始读数,微调阀门使转子流量计读数始终保持稳定.当标定水箱的液面达到一定高度时,从水箱中迅速取出橡皮软管,同时按下秒表并记录累积流量计的终止读数.最后,称量标定水箱总重,并用温度计、量筒和天平测定标定溶液的温度、密度.将标定时间、转子流量计读数、累积流量计起终读数、标定水箱总重、溶液温度及密度记录到表格中,这样就完成了一次标定过程.在本实验可能使用的流量范围内进行多次标定.最后进行数据整理,得出各流量计的修正系数.

1.3 标定结果

(1) 根据量杯与溶液的总重G1和量杯的净重G2与溶液的体积V0可求得溶液密度, 即式(1).

ρ0=(G1-G2)/V0

(1)

(2) 根据转子流量计的读数n可计算出转子流量计计算流量, 即式(2).

QZ=n/3 600

(2)

(3) 根据流量计的终止读数Tt和初值读数T0,以及表秒测定的标定时间t可计算出累积流量计平均流量,即式(3).

QL=(Tt-T0)/t

(3)

(4) 根据标定水箱与溶液的总重G3和标定水箱的净重G4及溶液密度标定时间,由重量法测得流量Q0,即式(4).

QO=(Tt-T0)/t

(4)

(5) 由重量法测得流量Q0与转子流量计计算流量QZ可得到转子流量计修正系数k1,即式(5).

k1=Q0/QZ

(5)

(6) 由重量法测得流量Q0与累积流量计平均流量QL可计算出累积流量计修正系数k2,即式(6).

k2=Q0/QL

(6)

根据上述公式用称重法计算出蒸发器侧转子流量计、累积流量计的流量(如表1所示)和冷凝器侧转子流量计及累积流量计的流量(如表2所示).

表1 蒸发器侧转子流量计、累积流量计标定

续表1

表2 冷凝器侧转子流量计、累积流量计标定

2 误差分析

课题组研发了太阳能热泵供热实验台系统.为了观察和测试系统及各个部件的性能,需要对温度、流量和电功率等做大量测试,以获得设计、安装和运行方面的资料.系统的供热系数是通过多参数间接测量而得到的,其关联参数的测量精度将直接影响总测量精度.因此,应根据实验台总体的测量误差要求,经济合理地设计和配置测试系统[2].从表1中的数据可以看出,蒸发器侧转子流量计的修正系数最大值为0.999 0，最小值为0.964 0;蒸发器侧累积流量计的修正系数最大值为0.990 9，最小值为0.972 4.从表2中的数据可以看出,冷凝器侧转子流量计的修正系数最大值0.995 2，最小值0.957 8;冷凝器侧累积流量计的修正系数最大值0.977 4，最小值为0.952 9.