检测开关对体积管标准容积值的影响分析

2022-09-11

一、前言

体积管作为流量计检定的标准装置, 确保体积管标准容积值的准确性是十分重要的。所以在检定规程JJG209-2010中要求体积管检定周期为3年, 并对体积管的重复性和复现性作了相应的要求。体积管的标准容积值是指体积管两个检测开关之间的容积段在标准状态 (20℃, 101.325 k Pa) 下的容积[1], 其确定方法是体积管的置换器在液体推动下, 以一定的速度先后触发两个检测开关时, 将置换出的液体导进标准器内, 由标准器的指示值经换算求得体积管的标准容积值。所以, 当检测开关触头深度发生变化时, 置换器触发检测开关的时间随之变化, 这将会对体积管的标准值产生一定的影响, 但具体是如何影响的却研究相对较少, 本文基于此问题, 通过建立数学模型对单向型及双向型体积管进行了分析。

二、数学模型的建立

一套理想体积管具有以下假设

(1) 基准管段内径一致, 检测开关安装位置位于体积管基准直管段的垂直轴线上;

(2) 两个检测开关的响应时间相等, 且触头的深度相等;

(3) 检测开关触头深度固定后, 置换器接触触头的位置固定;

(4) 体积管置换器为一理想球体, 不与基准管段内径接触的胶球前后部分, 其上任一圆截面中心与基准管内径中心线重合, 且对称[2];

(5) 介质推动置换器运动时介质无漏失;

假设一个检测开关的触头深度从h1变化到h2时, 则置换器在运动过程中触发检测开关的位置将相应发生变化, 变化的距离设为Δx, 其等效示意图如图1所示。

根据图中所示关系得出:

其中:R为置换器半径;

D为体积管基准直管段直径;

由于置换器直径和标准段管径近似相等, 则Δx可简化为:

则体积管容积值的变化量为:

三、结果分析

1. 单向型体积管结果分析

单向型体积管是指其置换器只能在体积管内沿着给定的方向运行[1], 如图2所示, 即置换器触发检测开关Ⅰ时开始对体积管的标准容积开始计量, 触发检测开关Ⅱ时结束。

情况1:如果检测开关Ⅰ的触头深度从h1增加h2, 检测开关Ⅱ触头位置保持不变, 则体积管的标准容积值变大, 增加值为ΔV。

情况2:如果检测开关Ⅰ触头位置保持不变, 检测开关Ⅱ的触头深度从h1增加到h2, 则体积管的标准容积值将变小, 减小值为ΔV。

情况3:如果检测开关Ⅰ和Ⅱ的触头深度同时增加相应的距离, 则体积管的标准容积值将保持不变。

以体积管内径为300mm, 标准容积值为3000L的单向体积管为例, 假设两个检测开关触头初始深度为h1=1mm, 当h2=2mm时, 则情况1和情况2引起的体积管容积值的变化量约为0.5L, 占总体积的0.0167%。

2. 双向体积管结果分析

双向型体积管是其置换器在体积管内作往返运行[1], 并且以置换器在标准容积段内所置换出来的液体体积, 换算到标准状态下, 作为体积管的标准容积值V0, 如图3所示。由于理想的双向体积管是对称的, 假设检测开关Ⅰ触头深度增加, 检测开关Ⅱ保持不变, 则理论上体积管的检定结果应该是:

体积管的标准值为 (2) 、 (3) 两式之和, 理论上体积管的标准值将保持不变, 但正反两个行程之差为2ΔV, 但实际检定中会出现一定的偏差, 这是由于置换器每次接触到检测开关时状态不同和体积管温度、压力的变化等因素引起的。同样以3.1中的例子来讲, 双向体积管的正、反行程之约差为1L。在双向体积管实际检定过程中, 如果发现体积管正、反行程之差较大, 且体积管四通阀不漏的情况下, 首先应该考虑的检测开关触头深度不一致的问题。

以某输油处Smith双向体积管为例, 结果如表1所示:

从表1可以看出, 调整前体积管正、反行程之差为4.8883L, 差值较大。经过对现场分析后, 判定为检测开关触头深度不一致, 调整后正、反行程之差为1.5936L, 结果明显变好。体积管的总体积发生变化, 这是由于现场条件不可能完全与理论一致。