一种用于气体流量标准装置的换向器及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体流量检测领域，特别是设及一种用于气体流量标准装置的附加质 量抵消的换向器及抵消方法。
【背景技术】
[0002] 作为气体流量原级标准装置，"正压流入式"（PPCM，Positive Pressure Charge-in Method, W下简称PPCM)气体流量标准装置W其成本和技术性的优势成为建立质量法及 容积法气体流量原级标准装置的最佳方案之一;特别在高压气体流量原级装置方面，运一 优势更为明显。附加容积，即与标准容器连接的管路部分的容积，附加质量是附加容积在进 气前、后的质量变化，其影响是此类装置不确定度影响分量中的重要一项。
[0003] 国内相关装置的检定规程虽然提到附加质量的计算，但相关参数，如压力、容积等 均为仅适用于常压状态的近似值或估计值，而且未明确估计的附加质量如何处理;在国内 有关文献，如关于质量法装置的主要论文中甚至未提及附加质量的影响及修正。当采用 PPCM气体标准装置标定临界流喷嘴或气体流量仪表时，流经被标定件的气体进入被切断阀 口隔离的标准容器，运部分气体的体积或质量可W被精确计量;但附加容积内气体的压力、 溫度、体积及质量则难W被准确计量，原因是：附加容积通常形状复杂，难W用几何尺寸测 量方法予W准确确定；当装置运行在高压状态时，标准容器或称重容器的体积往往较小，此 时附加容积占总容积中的比重增大，例如，国内某些装置的附加容积所占比达0.4%，对于 总不确定度仅为1(T 4量级的装置来说，附加质量影响不可忽视；在常压装置中，附加容积的 初始压力、溫度均接近环境值，但在正压特别是高压装置中，附加容积中的初始压力、溫度 值均大幅度偏离环境值，而且随时变化。目前W估计值或假设值取代实际值的算法存在较 大误差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种用于高压气体流量标准装置的新型换向器W及通过该 换向器实现附加质量抵消的方法，通过该换向器能够降低附加质量对测量不确定度的影 响，使附加质量产生的不确定度度可忽略或被抵消，进而明显提升气体流量标准装置的总 不确定度。
[0005] 本发明提供了一种用于气体流量标准装置的新型换向器，一开关阀，该开关阀控 制气源的开启或关闭；一待测仪表，其一端与所述开关阀连接，另一端连接到第一转接件； 第一气阀，其与所述第一转接件连接;第二气阀，其与所述第一转接件连接，其中，所述第二 气阀具有至少两个开关位置。
[0006] 其中，所述待测仪表为临界流喷嘴。
[0007] 其中，所述气源为高压气体。
[000引其中，所述第一转接件具有=个端口。
[0009]其中，所述第二气阀具有第一开关位置和第二开关位置。
[0010] 本发明还提供了一种气体流量标准装置的检测方法，其采用前述所述的换向器， 其特征在于：
[0011] (1)初始状态，所述第一气阀和第二气阀关闭；
[0012] (2)第一气阀开启，通过待测仪表的气体进入气体流量标准装置的标准容器；
[0013] (3)标准容器内气压达到预定值后，所述第一气阀关闭；
[0014] (4)所述第一气阀关闭后，第二气阀打开，气体从第二气阀进入旁路出口。
[0015] 其中，在步骤(2)的第一气阀开启之前，所述第二气阀由第一开关位置转移到第二 开关位置。
[0016] 其中，在所述第一气阀开启之前，在检测开始时，气源打开，所述第二气阀的第一 开关位置为打开状态。
[0017] 本发明的新型换向器及检测方法适用于质量法及容积法等气体流量原级标准装 置，在国内外首次采用该设备进行附加质量的抵消，实现了标准装置不确定度水平的显著 提局。
【附图说明】
[0018] 图1本发明的正压流入式气体流量标准装置的结构示意图；
[0019] 图2本发明的换向器的第一状态的结构示意图；
[0020] 图3本发明的换向器的第二状态的结构示意图；
[0021 ]图4本发明的换向器的第S状态的结构示意图；
[0022] 图5本发明的换向器的第四状态的结构示意图；
[0023] 图6本发明的附加容积抵消方法的时序示意图；
[0024] 图7本发明的控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，本领域技术人 员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。
[0026] 如图1所示为正压流入式气体流量标准装置的结构示意图。对于气体流量装置来 说，所述装置中具有用于进行检测的气源，切断阀1可W对气源进行开关控制，在切断阀1的 一侧具有临界流喷嘴3,作为进一步的优选方案，可W在所述切断阀1与所述临界流喷嘴3之 间可W设置用于检定的流量计2,当然也可W不设置所述流量计2。所述临界流喷嘴3通过管 道或其他连接部件与第一气阀Vl和第二气阀V2相连接，在所述临界流喷嘴3与第一气阀VI、 第二气阀V2之间的容积为附加容积9,所述第二气阀V2与旁路出口连通，在所述临界流喷嘴 3与所述第二气阀V2之间可设置有溫度传感器Ti和压力传感器Pi;所述第一气阀Vl通过快 速接头4与标准容器5相连，其中所述标准容器5也可W是称重容器，在所述标准容器5上连 接有测量其内容溫度和压力的溫度传感器Ts、压力传感器Ps,所述标准容器5进一步包括有 出气口，该出气口与真空累8连接，在所述出气口与真空累8之间可W设置有真空阀6和快速 接头7。
[0027] 采用前述正压流入式气体流量标准装置，可W对临界流喷嘴或气体流量仪表进行 标定，在标定过程中，首先，打开真空累8,控制真空阀和快速接头7的开启，依靠真空累8将 标准容器5内的空气抽出，在真空累8进行抽取空气时，所述第一气阀Vl及所述第二气阀V2 均处于关闭状态，通过溫度传感器Ts和压力传感器Ps对标准容器内的压力和溫度进行测 量，当标准容器内的压力和溫度达到预定值后，关闭控制真空阀6和快速接头7,之后关闭真 空累8。在标定开始时，所述临界流喷嘴3的上游与气源连通，打开所述第二气阀V2,在喷嘴 中建立起适当流量;然后所述第二气阀V2关闭，同时所述第一气阀Vl开启，气体注入标准 容器5。确保喷嘴3在标定过程中始终处于临界状态，当标准容器5内压力上升到预定值时， 按顺序关闭所述第一气阀VI，开启所述第二气阀V2;应保证标准容器5和旁路出口没有连通 的瞬间，即所述第一气阀Vl和所述第二气阀V2不可同时处于开启状态。待标准容器内状态 稳定后，再次测量容器内的压力和溫度，计算标准容器内收集到的气体净质量。通过计算喷 嘴的流出系数，完成喷嘴的检定程序。
[002引附加质量的修正
[0029] 对于PPCM装置，当一次测试循环完成时，标准容器5(或称重容器)所收集的气体质 量为AMT,其可W表示为：
[0030] AMT=MTi-MTf (1)
[0031] 式中；
[0032] AMt---标准容器收集的气体质量；
[00削 MTi标准容器内初始的气体质量；
[0034] MTf---标准容器内最终的气体质量。
[0035] 在标定过程中，标准容器5收集到的气体不仅是第一气阀Vl和第二气阀V2后的气 体，由于第二气阀V2先关闭，第一气阀Vl后开启，标定开始时附加容积9内的部分气体也被 喷嘴上游的压力压入标准容器，而标定结束时附加容积9内的气体又被压出到"旁路出口"。 如果注入标准容器的附加气体质量(Mil)不等于排出到"旁路出口"的气体质量(Mif )，则产 生了多余的注入气体质量：
[0036] AMi=Mif-Mii (2)
[0037] 式中；
[0038] AMi---附加容积内的气体质量；
[0039] Mii附加容积内初始的气体质量；
[0040] Mif---附加容积内结束的气体质量。
[0041] AMi是装置不确定度的一个分量。为了减少乃至消除运个影响，本发明设计了一 种新型换向器，通过该新型换向器的配合操作，可实现附加质量的抵消。其中，在换向器及 管路结构设计上尽量减小附加容积，使之相对标准容器的容积尽量小，降低其影响;且使化f 和化i尽量接近或相等，附加质量将减至最小或等于零，即A化S 0。
[0042] 如图2所示为本发明的换向器第一状态的结构示意图，所述换向器10包括开关阀 11，该开关阀11控制气源的开启或关闭，其一端与气源连接，另一端与临界流喷嘴12或待测 流量仪表连接，为了便于说明和理解，本实施例中采用开关阀11与临界流喷嘴12连接作为 示例，但是其不作为对换向器中的结构的具体限定，所述临界流喷嘴12的一端与所述开关 阀11连接，另一端连接有第一转接件13,该第一转接件13的第一端与所述临界流喷嘴12连 接，该第一转接件的第二端与第二气阀V2连接，所述第一转接件的第=端与所述第一气阀 Vl相连接。
[0043] 如图2所示，所述第一气阀Vl包括第二转接件14,所述第二转接件14的第一端与第 一电控阀15连接，所述第一电控阀15中可包括有驱动气缸，所述第一电控阀15中包括第一 密封杆16,在所述第二转接件1