P.V.T.t法氣體流量標準裝置

1本規(guī)程適用于p.V.T.t法氣體流量標準裝置(以下簡稱裝置)的首次檢定、后續(xù)檢定及使用中檢驗。2術語與定義2.1標準容器standardcontainer標準容器是裝置中用于準確測量氣體體積的容器。氮氣瓶是采用氮氣標定法確定標準容器容積時所需的設備，氮氣瓶內裝有高純度氮氣。在向標準容器輸送高純氮氣之前，氮氣瓶內的壓力較高，此時的氮氣瓶被稱為高壓氮氣瓶。在向標準容器輸送高純氮氣之后，氮氣瓶內的壓力降低，此時的氮氣瓶被稱為低壓氮氣瓶。3.1工作原理裝置的工作原理是：在某一時間間隔t內，氣體流入或流出容積為V的標準容器，根據標準容器內氣體絕對壓力p和熱力學溫度T的變化，可以求得氣體質量流量。裝置主要用于檢定臨界流噴嘴，也可用于檢定其他氣體流量計。3.2結構裝置的結構按使用時氣流對標準容器的方向可分為流入式和流出式，按氣源壓力大小可分為常壓(標準容器抽空)和高壓兩種。本規(guī)程以流入式常壓氣源為例，其他形式的p.V.T.t法氣體流量標準裝置可參照此規(guī)程執(zhí)行。裝置主要由標準容器、壓力計、溫度計、計時器，以及真空泵、氣動(或電動)閥門、用于測量時間t的信號轉換器(如光電脈沖訊號發(fā)生器)和控制臺等組成。一種典型的裝置結構如圖1所示。4計量性能要求4.1裝置的不確定度裝置的不確定度是指裝置復現或測得的氣體流量值的不確定度，按實際檢定結果給4.2壓力測量壓力測量的不確定度一般為裝置不確定度的1/2至1/3。參照表1。4.3標準容器標準容器的容積一般應滿足裝置最大流量下進氣時間不小于30s的要求。2開關閥1開關閥2控制臺圖1p.V.T.t法氣體流量標準裝置示意圖裝置的不確定度(k=2)壓力測量的不確定度(k=2)溫度測量儀表的單點測量不確定度一般為裝置不確定度的1/3。參照表2。裝置的不確定度(k=2)測溫儀單點測量的不確定度(k=2)4.5.1時間測量的不確定度應不大于0.01%(k=2)。4.5.2時間測量儀器的分辨力應不大于1ms。5.1.1標準容器在工作狀態(tài)下不應產生變形。其內表面不得有凹陷和凸起，若涂有保5.1.2標準容器一般應設置人孔或手孔，以利于安裝、維修及檢定工作的進行。5.2.1標準容器內應多點測溫，并合理布置測溫點，以減小由于標準容器內氣體溫度3的不均勻所造成的測量不確定度。5.2.2標準容器內可安裝風機或風扇進行攪拌，以使容器內溫場迅速均勻穩(wěn)定。標準容器上應設置壓力計的取壓孔。壓力計的取壓孔應是圓形的，入口處應無毛刺。取壓口的直徑應小于12mm。5.4開關閥開關閥在開啟和關閉的過程中不得有任何卡阻現象，當整個系統處于關閉狀態(tài)時應5.5真空泵真空泵關閉時，抽氣系統應不返油。5.6環(huán)境要求5.6.1標準容器應安裝在室內溫度比較均勻穩(wěn)定之處，應避免日光直射，并遠離熱源。5.6.2應滿足所使用的相關儀器對環(huán)境條件的要求。計量器具控制包括首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗。6.1檢定條件6.1.1稱重儀器對氮氣的稱量不確定度一般應為裝置不確定度的1/3至1/5,計算時，應注意該不確定度與稱重儀器標稱不確定度的區(qū)別。稱重設備內應能放置用于檢定的氮氣瓶。稱重設備應有合格且有效的檢定證書。6.1.2氮氣瓶的體積和重量要適當，并要有足夠的耐壓強度。6.1.3要備有足夠的氮氣量，氮氣純度一般應不低于99.999%。6.2檢定項目裝置的檢定項目列于表3中。檢定項目首次檢定后續(xù)檢定++十2標準容器的容積標定++ 3開關閥時間系統差檢定+十十4附加質量的檢定+十6.3檢定方法6.3.1氣密性試驗6.3.1.1開啟真空泵，將標準容器內氣體抽空，直至容器內絕對壓力達到1kPa以下。真空泵停止工作后，關閉閥門。6.3.1.2待標準容器內氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，每隔1h測一次壓力和溫度，按下式計算出每4小時的相對漏氣率。共測三次。P、P——第i次和i+1次測量時標準容器內的空氣絕對壓力；T、T—第i次和i+1次測量時標準容器內的空氣熱力學溫度；PE、pr——使用裝置時，標準容器抽空和進氣后的空氣絕對壓力，可取pg=0,p,T、T,——使用裝置時，標準容器抽空和進氣后的空氣熱力學溫度，可取T?=T;6.3.1.3待全部項目檢定完畢后，檢查w;(i=1、2、3)值，均應不超過裝置不確定度的1/4。否則要對裝置進行檢修，直至滿足密封要求。6.3.2標準容器的容積標定6.3.2.1標準容器的容積可用氮氣作為介質進行標定，也可以用水作為介質進行標定。下面敘述用氮氣的標定方法，水標定法見附錄A。6.3.2.2標定程序1)清掃空氣。開啟真空泵，將標準容器的絕對壓力抽空到1kPa以下，然后向標準容器充人氮氣，使標準容器內絕對壓力達到50kPa左右，再用真空泵將標準容器抽空，再充入氮氣。如此重復至少3次，使標準容器內剩余空氣的含量不大于0.002%。2)開啟真空泵將氮氣抽出，直至絕對壓力在1kPa以下。3)待標準容器內氮氣狀態(tài)穩(wěn)定后，測量標準容器內氮氣的絕對壓力pg和平均溫度4)用稱重設備測量高壓氮氣瓶的質量m?。5)將高壓氮氣瓶中的氮氣充進標準容器內，直到標準容器內壓力達到50kPa左右，停止充氣。6)向標準容器充氣后的氮氣瓶內氮氣的壓力下降很多，成為低壓氮氣瓶。在低壓氮氣瓶的外表面可能會結露或結霜，其量的多少與環(huán)境溫度和濕度有關。在稱量低壓氮氣瓶之前，必須將露或霜擦于或吹干，并在室內放置一段時間使其充分干燥。7)用稱重設備測量低壓氮氣瓶的質量m?。8)待標準容器內氮氣狀態(tài)穩(wěn)定后，測量標準容器內氮氣的絕對壓力p,和平均溫度T;。至此，第一次檢定結束。9)按程序2)～8)做第2次、第3次、直到第n次標定，n≥6。5容積計算公式如下：m?——低壓氮氣瓶的質量，kg;Vr——標準容器在溫度T下的容積，m3;Z?、Z?——充氮前、后標準容器內氮氣的壓縮系數，見附錄B;Zx——在標準狀態(tài)(pv、T)下，氮氣的壓縮系數，Z、=0.9997Px——在標準狀態(tài)(pw、T)下，氮氣的密度，px=1.1648kg/m3。6.3.2.4標準容積的計算V=V?[1-3a(T-293.15)]α——標準容器材料的線膨脹系數，K~'(對于1Cr18Ni9Ti,α=1.66×10~5(20℃時));T——標定時標準容器內氣體平均溫度，K(可取T:和T,的算術平均值)。6.3.2.5標準容器容積不確定度uy的計算1)標準容器容積的平均值式中：V——第i次標定所得的標準容積。2)標準容器容積的A類標準不確定度(重復性)u,3)標準容器容積的合成標準不確定度up式中：u——稱重儀器對氮氣稱重的相對標準不確定度；u,——壓力測量的相對標準不確定度；ur——溫度測量的相對標準不確定度。6.3.3開關閥時間系統差檢定裝置運行時，由于臨界流噴嘴下游的開關閥的打開、關閉動作與計時器計時的啟、6停動作不同步，使得所測流量與實際流量存在系統差，即所謂開關閥的時間系統差。確定開關閥時間系統差的方法是：在某個臨界流噴嘴的流量下，按裝置正常測量時間內閥門開關一次進行試驗，再在此流量下閥門連續(xù)開關n次(n≥5),n次開關的測量時間總和應與上述正常測量時間近似相等，且n次開關的各次時間應大致相等。6.3.3.2計算開關閥造成的時間系統差t——閥門開關一次試驗中測得的時間，s;m——閥門開關一次試驗中測得的質量，kg;qm——閥門開關一次試驗中通過臨界流噴嘴的實際流量，kg/s;t:——閥門連續(xù)開關n次試驗中測得的n次時間之和，s;6.3.3.3開關閥時間系統差試驗至少要在裝置最大、最小和中間流量下進行。在選定的每個流量點下應至少進行3次試驗，取算術平均值作為該流量點下的時間系統差。在試驗流量點以外的流量下的時間系統差可以通過線性內插計算得到，但如果試驗測得的時間系統差相差較大，則需適當增加試驗點。6.3.3.4若計，否則使用裝置時應作修正。6.3.4附加質量的檢定6.3.4.1臨界流噴嘴和開關閥之間有一段管道，由于開始進氣和結束進氣時，這段管道內的空氣狀態(tài)不同，因此產生附加質量。附加質量的計算公式如下：po——檢定時大氣的絕對壓力，Pa;p′——結束進氣時，管道內的氣體壓力，可近似用進氣后標準容器內的氣體T;'——結束進氣時，管道內的氣體溫度，可近似用進氣后標準容器內的氣體76.3.4.2△V的確定?？梢詫⒋硕喂艿啦鹣拢运鼋橘|，用標準量器或稱重裝置進行測量得到△V值；也可使用幾何尺寸測量法確定△V值。測量結果的不確定度一般應不6.3.5裝置的測量不確定度6.3.5.1裝置的質量流量計算公式6.3.5.2裝置的合成相對標準不確定度u1)瞬時流量式中：uy——標準容器容積的相對標準不確定度；u——時間測量的相對標準不確定度；u,——壓力測量的相對標準不確定度；uy——溫度測量的相對標準不確定度；u:——氣體的壓縮系數的相對標準不確定度；uα:——開關閥時間系統差測量的相對標準不確定度；u△m——附件質量測量的相對標準不確定度。2)累計流量6.3.5.3裝置的擴展不確定度U式中：k——覆蓋因子，取k=2。6.4檢定結果的處理按照本規(guī)程的規(guī)定和要求，檢定合格的裝置，簽發(fā)檢定證書；檢定不合格的裝置，簽發(fā)檢定結果通知書，并注明不合格項目。6.5檢定周期裝置的檢定周期根據具體使用情況確定，一般不超過5年。裝置內所使用的溫度計、壓力計和計時器的檢定周期按相應的檢定規(guī)程執(zhí)行。8用水作為介質檢定標準容器的容積A.1通用技術要求裝置除應符合本規(guī)程正文有關條款的要求外，還應符合以下要求。A.1.1標準容器應在最低處設置排水口，并保證排水閥打開時能將標準容器內的水排凈。A.1.2標準容器頂部應設有進水口，進水口的邊緣要水平，可以作為水平面標記。進水口水平面變動所造成的容積誤差應能忽略。A.1.3標準容器應在最高點設置排氣孔，并保證當標準容器被水充滿時能排出全部空A.1.4水質要清潔，水溫和室溫要盡可能一致，溫差一般不超過0.5℃。A.1.5標準容器內的測溫傳感器及其他儀器為避免浸泡水中而受損壞，標定前可取出。A.2檢定條件A.2.1標準量器標準量器的不確定度應不大于0.025%(k=2),其容積與標準容器容積之比一般不小于1/5cA.2.2分度值為0.1℃的溫度計兩支。A.2.3分度值為0.1s的秒表一塊。A.2.4量杯或量筒若干個。A.3.1把放置在標準容器上面的標準量器內灌滿清潔水。A.3.2按標準量器的使用方法，將其中的水放入標準容器內。A.3.3重復A.3.1~A.3.2程序，直到標準容器內水位升至與進水口邊緣齊平，最后的小容積不宜用標準量器時，可使用量杯或量筒(在容積小于1L時)。A.3.4讀取標準量器和(或)量杯(或量筒)的容積，并記錄。A.3.5測量室溫和標準量器每次使用時的水溫和標準容器內裝滿水時的溫度，并記錄。至此，第一次標定結束。A.3.6將標準容器內的水排光，并使其內表面干燥。再按程序A.3.1～A.3.5款做第二A.3.7容積標定工作結束后，將溫度傳感器及其他儀器裝入標準容器內。但要把它們占有的體積從標準容器的容積中扣除，若體積小于標準容器容積的0.01%時可忽略。取出的物體的體積可用幾何測量法確定。A.3.8標準容器在標準溫度下的容積式中：V———次標定中，標準容