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20L钟罩式气体流量标准装置及其测量不确定度评定1 装置结构及工作原理20L钟罩式气体流量标准装置由钟罩本体、温度和压力传感器、管路系统和控制系统四部分组成，其中钟罩本体采用白油作为密封介质，主要结构包括钟罩体、光电编码器、钟罩底座、鼓风机、平衡锤、压力补偿机构等。
标准装置工作过程：开启鼓风机，打开气动阀，关闭管道阀门。
空气经过导气管进入钟罩，使钟罩上升。
当钟罩上升到上限挡板位置时，鼓风机停止送风，关闭气动阀。
停止一段时间，待钟罩内压力、温度稳定后，打开阀门，钟罩内气体通过导气管流经被检流量计，排入大气，钟罩缓慢下降。
在此过程中，通过记录钟罩内气体的排出量和通过被检流量计的气体量，以钟罩的体积量为标准值同被检流量计的示值比较，就能确定被检流量计的示值误差。
2 控制系统及控制软件20L钟罩式气体流量标准装置控制系统由计算机通过数据采集卡采集信号，主要是实现对钟罩本体的控制，包括钟罩内的温度、压力，编码器输出的脉冲，钟罩的进气和出气阀门，钟罩的进气限位开关等。
其中钟罩位移的检测是通过一只高精度的旋转编码器和与编码器相连的机械传动机构，将钟罩的直线位移转为编码器的旋转，通过测量单位容积所代表码盘的脉冲数得到钟罩容积与编码器脉冲数之间的对应关系。
控制软件采用组态软件进行编程，可以在人机界面上实现动画，而且还可以显示钟罩本体各个采集数据，用户根据需要设定检点的流量点，流量和检定次数，通过采集到的钟罩本体内的温度压力流量和流量计前的温度压力进行数据处理，然后计算出被检流量计的示值误差和重复性。
3 不确定度评定（1）钟罩体积本身的定值不确定度ur（Vs）的评定。
采用静态容积法对钟罩进行检定，则用标准金属量器检定得到钟罩体积本身的定值不确定度为Ur（Vs）=0.18%，k=2，故标准不确定度Ur（Vs）=0.09%。
灵敏系数为：cr（Vs）=1（2）温度引起的不确定度ur（θ）的评定。
1）钟罩内温度测量引起的不确定度ur1（θ）。
i!■量标准技术报告计量标准名林鉀罩武气体流量标准装置it量标准负贯人建标单位名祢（公章）頃写日期建立廿量标准目的二、廿量标准的工作原理及其组成三、廿量标准器及主要配套设备ffl、廿量标准的主要技术指标五、环境条件穴、廿量标准的量值溯温和传递框图七、廿量标准的重复性试验八、廿量标准的稳定性考核九、检定或校准结果的测量不确定度评定十、检定或校准结果的验证十一、结论十二、附M说明对XXX新建住宅按装的燃气表进行首次检定，保证燃气表的廿量准确。
保障广大81众的利益不受损害。
二、it量标准的工作原理员其组成工作原理:该装置是一个具有恒压源（并给岀标准容枳）的气体流量标准装置。
呆用力平術原理，利用抑罩重量超过平衡锤重量的常数。
（该常数形成抑罩的余压）而动作。
通过压力补偿机构使其郡压力保持一定值，不險扑罩浸人密封液体中的浓IS而变化。
以卸罩有效容枳为标准，当鉀罩下降时，鉀罩空气经试騎管道、被检仪表排岀，以鉀罩排岀的气怵体枳比较被检仪表的示値，确定其示值误差标准的组成：鉀罩、液IS、压力补偿机构、试騎管道、阀门等购成。
三、廿量标准器员主要配套设备选取产煤气表一只，室温20匕在100L处測量8决其结果如下:八、it量标准的稳定性考核按照JJF1033-2005廿量标准考核規对廿量标准稳定性的要求，用本廿量标准对同一煤气表进行检定，得到的检定结果（相对俣差）如下表：9測量不确定度除式燃气表测量不确定度评定1适用围适用于燃气表的首次检定、后续检定和便用中检验结果不确定度的评定与表示。
2引用文件①JJG577-2012《膜氏燃气表》廿量检定规椁②JJF1059-1999《測量不确定度评定与表示》③JJF1033-2008《计量标准考核規》以外罩有效容枳作为标准体枳，当外閘卞騎时，外罩气ttifiil连接管路逍经被检燃气表，通过光电编卅器，將卽罩下降高度转换戒电脉冲信号，再由控鋼系统将电凍冲信号转换成外罩tt R(6 4 tt枳)通过比较该体枳与被检燃气表指示的体枳得出被检燃气表的炭差。
钟罩式气体流量标准装置
钟罩式气体流量标准装置是一种用于校准气体流量测量仪表的设备，其原理是
利用钟罩内气体流动产生的压差来确定气体流量，从而实现对流量测量仪表的准确校准。
本文将介绍钟罩式气体流量标准装置的工作原理、结构特点以及使用注意事项。
首先，钟罩式气体流量标准装置的工作原理是基于贝努利方程和连续方程。
当
气体通过钟罩时，由于钟罩内截面积的变化，气体流速发生改变，从而产生了静压和动压的变化。
通过测量钟罩两侧的压差，可以计算出气体流量，进而实现对流量测量仪表的准确校准。
其次，钟罩式气体流量标准装置的结构特点主要包括钟罩、差压传感器、温度
传感器、压力传感器等组成部分。
钟罩通常采用金属材料制成，具有一定的流线型设计，以减小气体流动时的阻力和湍流效应。
差压传感器用于测量钟罩两侧的压差，温度传感器和压力传感器则用于对气体的温度和压力进行实时监测，从而保证测量结果的准确性和可靠性。
最后，使用钟罩式气体流量标准装置时需要注意以下几点。
首先，应选择适合
的钟罩尺寸和流量范围，以确保测量的准确性。
其次，在使用过程中应注意保持装置的清洁和完好，避免灰尘和杂质对测量结果造成影响。
另外，定期对装置进行校准和维护是十分必要的，以确保其长期稳定的工作性能。
综上所述，钟罩式气体流量标准装置是一种用于校准气体流量测量仪表的重要
设备，其工作原理基于贝努利方程和连续方程，具有结构简单、测量精度高的特点。
在使用时，需要注意选择合适的尺寸和流量范围，保持装置的清洁和完好，并定期进行校准和维护，以确保其稳定可靠的工作性能。
钟罩式气体流量标准装置
钟罩式气体流量标准装置是一种用于校准气体流量仪表的标准装置，其原理是利用钟罩内气体流动的特性来实现流量的精确测量。
该装置通常由钟罩、压力控制装置、温度控制装置、流量测量装置等部分组成，能够提供稳定、准确的气体流量标准。
在钟罩式气体流量标准装置中，钟罩起到了关键的作用。
钟罩是一种特殊形状的容器，其内部空间与外部环境隔离，通过控制内部压力和温度来实现气体流动的稳定。
钟罩内的气体流动受到外部环境的影响较小，能够提供相对独立的流量标准环境。
压力控制装置用于控制钟罩内的压力，通常采用精密的压力调节阀和传感器来实现对内部压力的精确控制。
通过调节压力控制装置，可以实现不同范围的气体流量标准。
温度控制装置则用于控制钟罩内的温度，通常采用恒温器或者热电偶等装置来实现对内部温度的精确控制。
温度对气体流动的影响较大，因此温度控制装置对于保证流量标准的稳定性至关重要。
流量测量装置用于实时监测钟罩内气体的流量，通常采用流量计或者质量流量计来进行测量。
通过对流量的精确测量，可以实现对气体流量标准的准确校准。
钟罩式气体流量标准装置具有精度高、稳定性好、适用范围广等特点，广泛应用于气体流量仪表的校准和检定工作中。
在工业生产、科研实验等领域都有着重要的应用价值。
总之，钟罩式气体流量标准装置是一种重要的气体流量标准装置，其稳定、准确的流量标准能够为气体流量仪表的校准和检定提供可靠保障，具有广阔的应用前景和市场需求。
计量标准技术报告计量标准名称钟罩式气体流量标准装置计量标准负责人建标单位名称（公章）填写日期目录一、建立计量标准目的二、计量标准的工作原理及其组成三、计量标准器及主要配套设备四、计量标准的主要技术指标五、环境条件六、计量标准的量值溯源和传递框图七、计量标准的重复性试验八、计量标准的稳定性考核九、检定或校准结果的测量不确定度评定十、检定或校准结果的验证十一、结论十二、附加说明5.1.1被检燃气表的测量重复性引入的不确定度分量)V(1u以型号为G1.6规格为例，在重复性条件下测量十次（测量点100L）的燃气表大流量进行检定数据为例：单位：L次数结果1 2 3 4 5 6 7 8 9 10实测值99.2 99.2 99.0 99.1 98.9 99.1 99.2 99.2 99.2 99.1示值误差0.09 0.09 -0.11 -0.01 0.21 -0.01 0.09 0.09 0.09 -0.01 平均值V=99.11根据公式：得s=0.10 L而在实际测量时，一般在相同条件下重复进行以上测量三次，以三次测量的算术平均值作为测量结果，按A类标准不确定度分量进行判定。
因此，其平均值的标准差===30.10nss0.06 L相对标准不确定度分量)V(1u=0.06/100=0.06%自由度)V(1ν=10-1=95.1.2被检燃气表数显量化误差引入的不确定度分量)V(2u被检燃气表分辨力=xδ0.2 L按B类标准不确定度分量进行判定，由此带来的不确定度分量：相对标准不确定度为)V(2u=0.29/100xδ=0.058% L 自由度∞=)V(2ν。
钟罩式气体流量计标准装置的结构和工作原理图1是钟罩式气体流量标准装置为计量标准器的燃气表检定示意图。
它具有准确度高、重复性好、操作简单易学、量传检定简捷、价格低廉、维护费用少等许多优点。
配套计量设备为计时器、测压仪器、测温仪器，辅助设备为进气阀门和出气阀门、流量设定器及试验管道等部件。
图1 燃气表检定示意图钟罩式气体流量标准装置的结构有多种，但主要结构基本相同，只是某个部件或某个环节上有差异。
在这里为了叙述方便，首先介绍一种比较典型的钟罩式气体流量标准装置的结构和工作原理，然后按照其部件和环节的不同再介绍一些其他种类的钟罩装置。
图2 钟罩式（三罩式）气体流量标准装置结构图如图2所示，钟罩是一个倒置着放在液槽内的容器，上部封闭，下部开口。
液槽内放有水或不易挥发的、低黏度的油作为密封液体，此时可动的钟罩和固定的液槽形成一个容积可变的密封空腔，使得钟罩对大气密闭。
装置上有一根导气管，一端通到钟罩的内部，中间穿过液槽底部和密封液体，一端与试验管道相连接。
试验管道上装有阀门和被检的流量计。
为了使钟罩垂直地上升和下降而不晃动，钟罩两边装有导向滑轮，两边的立柱上装有导轨，滑轮沿导轨上下滚动；钟罩内也有等角分布的三个滑轮，沿导气管或立柱上下滚动。
为了调节钟罩内的压力，在钟罩上部系一条柔绳，柔绳经过定滑轮，与配重物相连，配重物的重量是可调的。
钟罩在上升和下降过程中，由于浸没于液体中的深度在变化，使液体对钟罩的浮力产生变化，为了使钟罩在上升和下降过程中始终保持内压力不变，用压力补偿机构来补偿浮力的变化。
温度计和压力计分别测量钟罩内和被检流量计处的温度和压力。
钟罩上装有标尺，标尺上有上挡板和下挡板，钟罩两挡板之间的容积是已知的。
在液槽上装有光电发信器，光电发信器与计时器和被检流量计的脉冲计数器相连，控制计时和计数。
鼓风机作为气源，用来向钟罩内充气使钟罩上升。
液位计用来指示液槽内的液位。
三、钟罩式气体流量标准装置的工作原理钟罩式气体流量标准装置是以空气为介质，对气体流量计进行检定的标准设备。
实验3 钟罩式气体流量标准装置标定转子流量计一、实验目的1、了解钟罩式气体计量标准装置的工作原理。
2、掌握钟罩式气体计量标准装置校验气体流量计的基本原理及校验方法。
3、测取被校表各检定点的读数值并进行计算。
二、实验原理小型钟罩式气体流量标准装置是一个具有恒压源(并给出标准容积)的气体流量标准仪器，它利用钟罩自重与配重法码的重量差，产生一定的压力，并通过补偿机构的作用使该压力不随钟罩浸入密封液中的深度而改变，通过增减配重法码的重量，可得到所需要的工作压力。
可动的钟罩和固定的液槽形成—个容积可变的密封空腔。
钟罩下降过程中通过压力补偿机构，使其内部气体压力保持值，不随钟罩浸入密封液体中的深度而变化。
以钟罩内有效容积为标准，当钟罩下降时，钟罩内气体经实验管道排出，排往被检仪表，以钟罩内排出的气体容量比较被检仪表的精度。
当气体以一定的速度自下而上流经锥管时，在转子上下游端产生压力差，使转子回升，同时流通的环隙面积增大，直到转子的上升力与转子所受重力、浮力和粘性力三者的合力平衡时，稳定在某刻度上。
流体流量与转子上升高度即流量计的流通环隙面积成一定的比例。
f f f v F Vg FQ ⋅−⋅⋅⋅Δ⋅⋅=ρρρεα)(2 (1)式中：Q -体积流量；α-流量计流量系数；ε-介质膨胀系数；F Δ-流通环隙面积f V -转子体积；f ρ-转子材料密度；f F -转子工作处直径的横断面积ρ-被测流体介质密度；g -重力加速度三、设备与装置计时器(或秒表)、气压计、温度计、被标定表(玻璃转子流量计)，钟罩式气体流封液现，系统1钟5中7水10立13配15链 四按钮流量标准装该装置的液可以用水装置的读自动读数统操作说明图1 机钟罩 2外导轮心排气管 水(液)位器 立柱 11底座配重砝码 1链条 16压板 四、实验步1、装好被2、打开进3、按“提4、关闭进5、按“下钮，这时准装置。
实验时结构按钟罩水，也可以用读数方式分人是通过智能书”)。
钟罩式气体流量标准装置钟罩式气体流量标准装置是一种用于测量气体流量的装置，它采用了一种独特的设计，能够精确地测量气体的流量，为工业生产和科学研究提供了重要的数据支持。
本文将介绍钟罩式气体流量标准装置的工作原理、结构特点以及应用领域。
首先，我们来了解一下钟罩式气体流量标准装置的工作原理。
它利用了流体力学的原理，通过测量气体通过装置时对装置产生的压力差来确定气体的流量。
在装置内部，气体流经一个特定形状的钟罩，当气体通过钟罩时，会产生压力差，通过测量这个压力差的大小，就可以确定气体的流量。
这种设计能够有效地减小气体流动时的阻力，从而提高了测量的精度。
其次，钟罩式气体流量标准装置的结构特点也是其优越性能的重要保障。
它通常由气体进口、钟罩、压力传感器、数据采集系统等部件组成。
其中，钟罩的设计非常关键，它的形状和尺寸需要经过精确的计算和实验验证，以确保气体流过时产生的压力差能够准确地反映流量的大小。
同时，压力传感器和数据采集系统能够实时监测和记录气体流量的数据，为后续的分析和应用提供了重要的支持。
最后，我们来看一下钟罩式气体流量标准装置的应用领域。
由于其高精度、稳定性和可靠性，它被广泛应用于工业生产和科学研究中。
在工业生产中，它可以用于监测和控制各种气体的流量，保障生产过程的稳定性和安全性。
在科学研究中，它可以用于实验室的气体流量测量，为科研人员提供准确的数据支持。
综上所述，钟罩式气体流量标准装置是一种重要的气体流量测量装置，它的精准测量能力和稳定性使其在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。
随着科学技术的不断进步，相信钟罩式气体流量标准装置将会在更多领域展现出其优越性能，为人类的生产和生活带来更多的便利和进步。
钟罩式气体流量标准装置结构和理论基础
1．钟罩装置的结构原理
钟罩式气体流量标准装置的结构如图2.1所示，它主要由钟罩、液槽、平衡锤和补偿机构组成。
按钟罩升降的传动方式，钟罩装置可分成机械传动式和气动式，一般大钟罩采用气动式；按液槽内是否有干槽，钟罩装置可分成湿式和干式两种[1]。
图2.1 钟罩式气体流量标准装置结构
Fig.2.1 Structure of the bell prover gas calibration facility
钟罩式气体流量标准装置是以经过标定的钟罩有效容积为标准容积的计量仪器，当钟罩下降时，钟罩内的气体经过试验管道排往被检表，以钟罩排出的气体标准体积来校验流量仪表。
为了保证在一次校验中，气体以恒定的流量排出钟罩，钟罩内应该有一个恒定的压力源，它是利用钟罩的重量超过平衡锤质量的常数而产生的（所以也叫钟罩余压），并利用补偿机构使得余压不随钟罩浸入液槽中的深度而改变，从而保
证了钟罩内工作压力的恒定。
所以，钟罩式气体流量标准装置本身就是一个恒压源并能给出标准容积的装置。
当需要不同的工作压力时，可通过增减平衡锤的砝码来实现，平衡锤的砝码加得越多，钟罩内的工作压力就越低。
补偿机构是为了补偿钟罩内压力受密封液浮力影响的机构，目前常见的有链条式补偿机构、杠杆式补偿机构和象限式补偿机构等几种，国内钟罩装置主要用象限式补偿机构。
2．钟罩装置检定系统的理论基础
钟罩装置检定系统的气体参数有[5]：
Vz ——钟罩内部排出气体体积，单位L 。
Vz 是钟罩排出气体的标准体积，通过光电编码器测得钟罩下降距离，后经过计算可得到Vz 。
Tz ——钟罩内部气体温度，单位K 。
15.273+=tz Tz ，tz 为温度传感器测得的摄氏温度。
Pz ——钟罩内部气体压力，单位Pa 。
Pa pz Pz +=，pz 为压力传感器测得的压力，Pa 为标准大气压，101325=Pa Pa ，要使钟罩装置测量更加精确，还应该测量环境的大气压力。
Zz ——钟罩内部气体压缩系数，Zz 通过公式计算得出。
被检涡街流量计处的气体参数有：
Vm ——流经被检表的气体体积，单位L 。
Vm 通过计算得出。
Tm ——被检表处的气体温度，单位K 。
15.273+=tm Tm ，tm 为温度传感器测得的摄氏温度。
Pm ——被检表处气体压力，单位Pa 。
Pa pm Pm +=，Pm 为压力传感器测得的压力，Pa 为标准大气压，Pa =101325Pa 。
要使钟罩装置测量更加精确，还应该测量环境的大气压力。
Zm ——被检表处气体压缩系数。
Zm 通过公式计算得出。
钟罩内部排出的标准气体体积为Vz ，但气体流经被检流量表时的气体体积不等于Vz ，这是由于钟罩内部和被检流量表处的温度（Tz 、Tm ）与压力（Pz 、Pm ）不同，如果认为流经被检流量表的气体体积是Vz 则会产生误差，所以需要进行温压补偿。
温压补偿的原理：因为钟罩内部排出的气体体积与流经被检流量表处的气体体积质量相等，由实际气体状态方程
nTZR PV = (2.1)
式中 P ——气体压力；
V ——气体体积；
n ——气体摩尔数，可以理解为气体质量；
T ——气体温度；
Z ——气体压缩系数，可以计算得出；
R ——气体常数，为固定值。
根据气体状态方程，能够得出
m m m m z z z z Z T V P Z T V P = (2.2)
经过简单的计算，进而得出
z z m m m z z m Z T P Z T P V V = (2.3)
由此可知，要想得到流经被检涡街流量计处的气体气体Vm ，需要测量的量有Vz 、Pz 、Tz 、Pz 、Tm ，分别由光电编码器、温度、压力传感器测量；需要计算的量有钟罩内部气体压缩系数Zz 、被检表处气体压缩系数Zm ，将在下面具体说明。
压缩系数Z 是临界常数、工作压力和温度的函数，一般气体符合相应状态定理，从而为计算工作状态下的压缩系数提供了条件。
确定气体工作状态下的压缩系数有不同的方法，可用查表法，也可利用计算法。
在计算机技术和软件技术广泛应用的今天，用计算法更有实用价值。
特别是压缩系数在0.95～1.0之间的一般气体，采用迭代法求解雷德利克-孔(Redlich-Kwong)方程式[1]。
无论是查表法，还是计算法，都要根据气体的工作压力和工作温度，按照相应状态原理计算出气体的对比压力和对比温度。
/r c P P P =
(2.4) /r c T T T =
(2.5)
式中 r P ——气体的对比压力；
c P ——气体的临界压力，单位MPa ；
P ——气体的工作压力，单位MPa ；
r T ——气体的对比温度；
c P ——气体的临界温度，单位K ；
T ——气体的工作温度，单位K 。
下面介绍采用雷德利克-孔方程求解气体压缩系数Z 的方法。
根据气体的对比压力和对比温度计算压缩系数Z ，可把方法整理为：
221AB A B Z A A Z AZ Z =+-+++ (2.6)
式中，0.0867/r r A P T =， 1.54.934/()r B T =，式(2.6)是非线性的，需要利用迭代法求解，这里用牛顿法求解方程的零根是最简单的，这是一种方便的逐次逼近法。
压缩系数Z 的二次迭代的估价值可写为：
'100(/)Z Z F F =- (2.7)
式中，0Z 为初始估价值，一般初始估计值设为0Z =1。
200200
1AB A B F A Z A Z AZ Z =+--+++ (2.8) 2'
00222000(2)1()()A B Z A AB F A Z Z AZ +=--++ (2.9)
把式(2.8)和(2.9)计算结果和01Z =代入式(2.7)，就可获得二次估计值1Z 。
当气体压缩系数在0.9～1范围内时，用式(2.7)算出的压缩系数Z 值的精度可达到0.2%。
如果二次估计值1Z 就是所求的零根，则1F 等于零，表明迭代收敛；如果不等于零，可以再次迭代。
由此，可写出牛顿法求取压缩系数的通用公式为式(2.10)
'1(/)n n n n Z Z F F +=-
(2.10)
式中，n 为迭代次数。
用牛顿法求解零根，收敛速度最快，经三次迭代便可收敛。
为保证一定的计
算精度，满足式(2.11)时，就可认为迭代收敛。
1|()|n n Z Z ε+-≤
(2.11)
式中，ε为预选设定的迭代精度。
在钟罩式气体流量标准装置中采用空气作为标定气体，通过查阅气体性质表可得知空气的临界温度为132.42K ，临界压力为3.766MPa ，在测定钟罩内的温度、压力和被检表前的温度、压力后，根据计算压缩系数的牛顿迭代算法便可得到钟罩内气体和被检表前气体的压缩系数。
