一、引言

启停法液体流量标准装置主要通过对阀门的启停实现流量的流动和停止，以此进行流量计的示值检定。启停法装置主要可分为启停容积法装置和启停质量法装置，其中，容积法主要用于容积式流量计的检定，质量法主要用于质量流量计的检定。用于启停作用的阀门起到了对流量控制的作用，但是，在检定过程中，由于启停过程是流量、压力逐渐变化的过程，对流量计的误差有一定的影响。这个影响究竟有多大，这就是JJG164-2000《液体流量标准装置》检定规程中写到的装置的启停效应检定，也是该试验研究的目的。但是由于启停装置一般不配备计时器，因此采集阀门启停的时间存在一定的难度。该试验中装置配置的是FISHER气动球阀，通过气动控制的电压信号来实现对启、停时间的精确测量，通用计数器准确度为10-8，采用的CMF科里奥利质量流量计为0.1级。整个试验原理图如图1所示。
 

<CTSM>图1启停效应检定试验原理示意图</CTSM>
 

如图1所示，水流经过质量流量计、阀门流入电子秤，通用计数器设置为“高→低”T间隔测量模式。测量开始时，操作控制柜发出开启信号(5V高电平)打开阀门，计数器触发而开始计时，水流由零至设定流量Q test而进入电子秤，质量流量计的脉冲数也随之被采集；一段时间后，操作控制柜发出停止信号(0V低电平)关闭阀门，此时可读取电子秤的累积质量、通用计数器的测量时间、质量流量计发出的脉冲数等参数。

二、试验方法与结果分析

依据JJG164-2000，启停质量法装置的标准不确定度主要由电子秤、计时器、启停阀门、标准砝码的不确定度合成，其中启停阀门的不确定度就是JJG164-2000中所描述的启停效应，主要参照换向器的流量计检定法。此次主要的试验方法可归纳为:
 

按检定流量计的方法测量1次，记录电子秤读数M 11、测量时间t 11和流量计脉冲数N 11；在与t 11大致相同的测量时间内，操作阀门m 次启停(m ≥10)，记录电子秤读数M 21、测量时间t 21和流量计脉冲数N 21；这两次测量作为1组试验，重复进行n 组(n ≥10)试验，记录M 1i 、M 2i 、t 1i 、t 2i 、N 1i 及N 2i (i =1，2……n )。
 

首先计算出阀门启停的时间差Δt ，如式(1)、式(2)所示。

 

然后结合装置最短测量时间t min计算出阀门的A类不确定度s 和B类不确定度u ，如式(3)、式(4)所示:

 

以该试验的Q max流量试验为例，在系统已经稳定运行一段时间后，进行一次连续流量试验后紧接着进行一次断续流量试验，为1个循环。这样连续进行10个循环，期间相关的参数也同时记录，最终的试验汇总数据如表1所示。
 

<CTSM>表1试验数据汇总表</CTSM>
 

其中，由于通用计数器每次阀门“启→停”得到的时间为1次时间间隔，因此，10次断续试验时的测量总时间t 2i 由10次“启→停”时间间隔累加得到，源数据如表2所示。
 

<CTSM>表2断续流量测量时间</CTSM>
 

该装置t min=30s，根据前面公式，计算得出:
 

Δt =-0.00156s，s =0.00297%，u =0.00260%
 

装置的常用流量、最小流量也按此方法进行。
 

通过试验和分析，阀门启停过程的不对称性主要影响B类不确定度，但由于用到了流量计脉冲来计算阀门的A类不确定度，故启停效应检定很大程度受到了试验用流量计的影响。因此，在选用流量计时应考虑其特性，如JJG164-2000中所述，试验用流量计应“稳定性好、响应速度快”，虽然启停过程短暂，但是由于启停的特殊性，需要选用的流量计能对极低的流量有很好的响应，并且零点要比较稳定，受介质和环境影响小。目前，电磁、涡轮等速度式流量计虽然总体特性比较稳定，但在微小流量时特性不是很好，受介质流场影响大，一般检定时往往通过换向器法来检定，故一般的速度式流量计很难被该方法采用。
 

该试验专门对科里奥利质量流量计的K 系数作了一个比较分析，从表1中的K系数变化可以看出，在阀门启停10次后，得到的流量计K 2i 系数与正常检定时的K 1i 系数相差为万分之几，最大的只有0.04%。众所周知，一般的速度式流量计经过这样的10次连续启停无法很好地复现K 系数，因此，检定启停法装置时建议采用重复性好的科里奥利质量流量计，在微小流量也有着较好的特性。同样，在介质密度比较稳定、介质比较清洁的情况下，也可以选用高精度的容积式流量计。另外，脉冲数的多少也影响测量准确度，尤其在进行最小流量启停效应时更显得明显。故试验前需要对被选用流量计的仪表系数进行专门设置，通常情况下只要装置采集允许，流量计输出信号频率应尽量设置高一些，这样可提高测量准确度。这次试验前设置流量计为最大流量，对应10000Hz。
 

此外，在互不影响安装要求的前提下也可以在管路中安装两台不同的流量计同步进行启停效应的试验，通过采用不同流量计的结果的一致性和差异性来对一套装置进行特性分析。

三、结束语

通常的带换向器的液体流量装置的检定，由于换向器一般是带有电信号的，因此检定相对简单，但是在检定启停法的装置时，启停效应的高精度测量通常难以实现。从这次试验结果看，通过这个方法可实现液体流量装置启停效应的高精度检定，也可以作为在使用流量装置或建设流量装置时对阀门启停特性的一个高精度的验证方法，同样也适用于各种类型流量计的K系数启停影响试验分析。