Alicat标定转子流量计(流量标定)

Alicat标定振兴转子流量计

本次实验使用Alicat质量流量控制器去标定振兴玻璃转子流量计。 Alicat质量流量计是Alicat Scientific公司生产的系列流量计的名称。Alicat Scientific 是一家质量流量和压力仪表制造商，成立于1991年，生产以压差为基础的质量流量控制器和压力控制器。控制器技术核心在于内部高精度的电磁阀，通过独有的专利技术精确地调控流量。

振兴玻璃转子流量计主要测量元件为一根垂直安装的下小上大锥形玻璃管和在内可上下移动的浮子。当流体自下而上经锥形玻璃管时，在浮子上下之间产生压差，浮子在此差压作用下上升。当此上升的力、浮子所受的浮力及粘性升力与浮子的重力相等时，浮子处于平衡位置。因此，流经玻璃转子流量计的流体流量与浮子上升高度，即与玻璃转子流量计的流通面积之间存在着一定的比例关系，浮子的位置高度可作为流量量度。

1技术规格

1.1 Alicat质量流量控制器

本次实验采用的是Alicat公司所生产的“微小流量与超低流量MC质量流量控制器”，量程为0-5SLPM即m3 min。微小和超低质量流量的控制是相当困难的，Alicat质量流量计最大的特点在于“即开即用”和超短的响应时间，该型号的控制器能够从0到63.2%的被调量控制在100毫秒以内，若是中等量程的质量流量控制器可以将时间常数控制在50毫秒甚至更低的范围。

Alicat公司产品的另一个特点在于“小巧”，该公司产品的体积均偏小，具有很高的便携性，同时提供Profibus现场总线接口可以对控制器进行远程调控。不同的产品内置25-30种气体配置，在监控质量流量的同时能够得到温度、压强等数据。

相关工程规格根据由Alicat官方使用手册得到如下：

实验室产品实物图如下：

1.2 振兴玻璃转子流量计

本次实验标定的对象是振兴玻璃转子流量计LZB-4WB，量程为0-3SLPM。余姚市振兴流量仪表厂是生产流量仪表及工业自动化仪表的专业厂家，有DK800S、VA/SA/FA10S、VA/SA/FA20S、VA30S、GA24S、GA24V、 LZB、K-100、K-200、K-300型多系列玻璃转子流量计。

转子流量计工作原理相当简单，当压差所产生的力和浮子在流体中产生的重力相同时浮子平衡，同时两者存在一定的线性关系用于标定介质流量。

根据理想流体的伯努利方程：

1

P+ρv2+ρg =constsant

流体经过节流件所产生的差压与体积流量关系如下：

2∆p

qv=αA0 当浮子处于力平衡情况下，压差对浮子产生的作用力等于浮子在流体中的重力：

Af∆p=Vf(ρf−ρ)g 合并两个关系式可以得到qv和A0之间的关系：

2gVfρf−ρ

qV=αA0

f因为

A0=π R2−r2 =π R−r R+r

R+r=2r+Htanθ

A0=π 2r+Htanθ Htanθ=π 2rHtanθ+H2tan2θ

又因为

tanθ→0

所以

A0≈2πrtanθH=CH

最终得到体积流量和浮子高度关系：

2gVfρf−ρ

qV≈αCH

f式中

α：与浮子形状、尺寸有关的流量系数

ρ：流体密度

Af：浮子的有效截面积 Vf：浮子体积

ρf、ρ：浮子材料和流体密度

实验证明，转子流量计的流量系数与浮子形状、流体雷诺数等有关，对于一定的浮子形状，当雷诺数大于某一低限雷诺数时，流量系数趋向于一个常数。

需要注意的是当被测流体密度和粘度或测量环境发生变化时需要根据产品说明书对原有的刻度进行校正。

转子流量计的转子大致可以分为两类，分别为圆柱形浮子和球形浮子。

本次实验所采用的是LZB-4WB球形浮子流量计，实物图如下：

由振兴网站所提供的工程参数如下：（红色线框为本流量计参数）

根据玻璃转子流量计的工作原理和结构特性，在使用时需要注意一下几点：

1. 选用流量计前应明确工作介质，考虑气体和液体的修正系数，若工质有腐蚀性则需要做

相关处理。

2. 当工作温度不是流量计出厂时的标定温度时需要进行刻度修正。 3. 尽量选用在其量程的50%~80%区间的流量计。

4. 打开阀门前要确保流量计阀门禁闭，防止通气瞬间使转子冲破玻璃柱。 5. 流量计需要水平安装在工作台上，度数时实现要与转子读数处相平。

6. 在流量计入口处应安装除尘、除湿和除油设备防止转子磨损或油垢阻碍其运动。 7. 当转子保持平衡并转动时进行读数，不能在其摇摆情况下读数。

2数据处理

标定是指使用相对高精度的仪器对相对低精度的仪器进行检测是否符合相应标准。

本次实验使用的Alicat质量流量控制器精度为0.8%R+0.2%F.S即0.8%的读数误差和0.2%的满量程误差；被标定对象振兴玻璃转子流量计精度为4%，符合标定的前提。

将Alicat流量计入口端与空气压缩机连接，出口端和转子流量计连接。连接方式如下：

在此使用了两种标定分别为正序和倒序标定，即流量从小到大和从大到小。通过这种方式可以更好地验证流量计的可重复性。

黄色部分为Alicat流量控制器所输出的流量大小；Ascending栏为流量正序；Reverse栏为流量倒序，绘制出转子流量计的特性曲线如下：

放大0.8L/min和2.4L/min曲线如下：

在1.3L/min~2.2L/min区间重复性很好，同时该流量计量程为0-3L/min其量程的50%~80%为1.5L/min~2.4L/min，重复性区间正好落在其中，直接证明了工程经验参数的实验依据。

3误差分析

产生误差的原因有以下几点：

1. 用于标定的Alicat流量计本身存在0.8%R+0.2%F.S误差。

2. 由于未对转子流量计使用水平仪，可能导致转子并未处于竖直状态。 3. 由于转子在玻璃罩中同时外围还有个玻璃保护套管，这会导致读数偏差。

4. 由于空气压缩机出口端未安装除尘等设备，可能造成转子磨损或玻璃管壁结油。 5. 实验与2016年6月2日星期四上午9:02开始到9:26结束，当地气温约为23℃，该转子

流量计出厂标定温度为20℃，实验前未对流量计刻度进行修正。 6. Alicat流量计内部设定的气体参数与当地气体参数存在一定偏差。

其中第二点和第三点为实验误差的主要原因。

4总结

本次试验通过使用高精度的Alicat流量控制器来标定转子流量计，实验首先符合科学原理，通过最终的数据证明了工业经验的合理性。总体而言本次实验加深了学生对转子流量计工作原理的理解、强调了使用时的注意事项、接触并简单掌握了精密仪器的使用，并且将抽象的“可重复性”定义通过实验具象化，收获颇多。

2016年6月2日星期四 能源与环境系统工程 1141440047 周高豪