Уставка температурной камеры описывает условия испытаний. Диафрагменный газовый счётчик может по-прежнему получать газ при другой температуре, пока линия стабилизируется. В данной статье рассматривается опубликованный эксперимент с колокольным поверителем положительного давления, в котором проблема решалась путём кондиционирования газа и контроля температуры выше по потоку от счётчика. Три образца G2.5 были испытаны при трёх температурах и трёх точках расхода. Средние погрешности показаний смещались к нулю по мере повышения температуры во всех девяти сопоставимых сравнениях. Эксперимент иллюстрирует, как читать отчёт о термических испытаниях, какие условия на входе и в эталонных условиях запрашивать, и почему одна лишь коррекция объёма не может охарактеризовать термическое поведение механизма счётчика.

Диафрагменный газовый счётчик использует циклические изменения объёма измерительной камеры для регистрации проходящего газа. Температура газа имеет значение для сравнения объёмов между счётчиком и эталоном. Температура также может влиять на материалы и движущиеся части, определяющие поведение счётчика при измерении объёма. Поэтому термическое испытание выполняет две задачи. Оно должно установить основу, на которой сравниваются два объёма газа, и показать, что произошло, когда счётчик и поступающий в него газ фактически подвергались воздействию заданной температуры.

Ли и Лу изучали эту проблему, используя колокольный проливной стенд в качестве эталона [1]. Инженерный вопрос для покупателя счётчика заключается в том, подтверждается ли номинальное условие испытания измеренным условием на входе и можно ли отделить заявленную температурную характеристику от вариации между образцами и точками расхода. Одни лишь показания контроллера камеры оставляют первую часть без ответа. Единичное значение погрешности оставляет вторую часть без ответа. Экспериментальный отчёт нуждается как в процедуре кондиционирования, так и в полной матрице результатов, чтобы связать эти две части.

Авторы использовали колокольную поверочную установку объёмом 200 л в конфигурации с положительным давлением. Газ осушали перед тем, как установка его выпускала. Затем он проходил через линию теплообмена в диафрагменный счётчик внутри температурной камеры. Установка также включала датчики температуры и давления и регулирующий клапан расхода. Секция теплообмена обеспечивала время и площадь поверхности для того, чтобы газ приблизился к условиям камеры до того, как он достигнет испытуемого счётчика.

Как только камера достигла заданного значения, авторы потребовали дальнейшей циркуляции, одновременно контролируя температуру выше по потоку от расходомера. После того как это показание достигло нужного значения, они потребовали повторных проверок, пока трубопровод не уравновесился, прежде чем начать испытание. Таким образом, заданное значение камеры и измеренная температура на входе расходомера были двумя отдельными наблюдениями. Полезная запись испытания должна указывать, какой датчик соответствует каждому из них, и показывать основание для рассмотрения входного условия как стабильного. Прогон со стабильным показанием контроллера и дрейфующей входной температурой должен быть отличим от прогона после того, как входная температура установилась.

Рисунок 1. Схема колокольной поверочной установки с положительным давлением, с осушкой газа, линией теплообмена и измерением температуры и давления на счётчиках. Английская схема перерисована из Li and Lu [1], оригинальный рисунок 1.

В ходе исследования были протестированы три счётчика G2.5, обозначенные как 001, 002 и 003. Проводилось сравнение при −10 °C, 20 °C и 40 °C при максимальном расходе qmax, а также при 0.7qmax и 0.2qmax. Каждая комбинация счётчика и температуры тестировалась шесть раз в каждой точке расхода. В опубликованной таблице приведена средняя погрешность показаний для каждой комбинации. Отдельные шесть измерений не приводятся, поэтому средние значения можно сравнивать по всей матрице испытаний, но по ним нельзя восстановить разброс отдельных прогонов.

В таблице сохранены все 27 опубликованных средних значений. Идентичность образцов важна, поскольку сравнения являются парными. Чтобы выделить сообщаемое изменение с температурой, читайте по одной строке. Чтобы сравнить эффект изменения точки потока, зафиксируйте температуру и образец. Эти два сравнения отвечают на разные вопросы.

Рисунок 2. Средняя погрешность показаний счётчика G2.5 001 при трёх точках расхода и трёх температурах. Английский график перерисован с использованием всех девяти средних значений для этого образца в Li and Lu [1], Таблица 1 и оригинальный Рисунок 2.

Рисунок 3. Средняя погрешность показаний счётчика G2.5 002 при трёх точках расхода и трёх температурах. Английский график перерисован с использованием всех девяти средних значений для этого образца в Li and Lu [1], Таблица 1 и оригинальный Рисунок 3.

Рисунок 4. Средняя погрешность показаний счётчика G2.5 003 при трёх точках расхода и трёх температурах. Английский график перерисован с использованием всех девяти средних значений для этого образца в Li and Lu [1], Таблица 1 и оригинальный Рисунок 4.

Для образца 001 при 0,2qmax средняя погрешность показаний изменяется с −1,79% при −10 °C до −1,48% при 20 °C и −1,33% при 40 °C. Разница между холодным и теплым состояниями составляет +0,46 процентных пункта. По всем девяти согласованным строкам образцов и расходов разница между холодным и теплым состояниями положительна и составляет от +0,26 до +0,50 процентных пункта. Сами погрешности показаний остаются отрицательными на протяжении всей таблицы. Положительные разницы описывают смещение к нулю, тогда как отрицательные значения описывают направление оставшейся погрешности показаний.

В таблице также показан воспроизводимый порядок по расходу в этих конкретных образцах. Для каждого счётчика и температуры в таблице значение 0.2qmax более отрицательное, чем значение qmax. Отчёт, в котором приводится только результат при максимальном расходе, скрыл бы эту особенность. И наоборот, единственный результат при низком расходе оставил бы открытым вопрос о том, как ведёт себя погрешность на остальной части диапазона. Эти два измерения следует рассматривать отдельно при сравнении лабораторных отчётов для покупки.

Авторы наблюдают температурную тенденцию после учёта давления и температуры при сравнении объёмов. Они обсуждают температурную чувствительность мембран, резиновых деталей и пластмасс как возможный вклад. Их эксперимент сравнивает готовые счётчики и не изолирует каждый компонент. Применение поправки на состояние газа решает вопрос базиса приведения, тогда как отнесение оставшегося изменения к конкретному материалу требует дополнительных доказательств.

Исследование поддерживает совместную оценку настройки камеры, стабилизированной температуры на входе измерителя и результатов зависимости расхода от температуры. Покупатель, сравнивающий испытания, может запросить используемый газ, точки регистрации давления и температуры, критерий стабилизации, а также отдельные прогоны и средние значения. Эти сведения позволяют сравнить два отчёта об испытаниях, не предполагая, что одинаковое заданное значение камеры подразумевает одинаковое воздействие на входе.

В эксперименте использовались три образца одного номинального размера при одной лабораторной схеме. В последующем исследовании можно было бы регистрировать временные ряды температуры камеры, входной и эталонной температур, варьировать продолжительность кондиционирования и публиковать как разброс между прогонами, так и неопределённость измерений. Повторение той же матрицы на разных конструкциях измерителей помогло бы отличить поведение, связанное со схемой испытаний, от поведения, характерного для конкретной конструкции.

qmax — это максимальный расход проверяемого счётчика. Процентные пункты разницы были рассчитаны для этой статьи путём вычитания опубликованного среднего значения при −10 °C из соответствующего среднего значения при 40 °C. В статье обсуждаются проверки на обледенение, утечки в оснастке и теплопередачу к колокольному проливному устройству. Это условия исходной испытательной схемы. Данные касаются исследовательских образцов и не описывают эксплуатационные характеристики коммерческой модели.

[1] Li, T., and Lu, K. (2015). «以钟罩为标准器的膜式燃气表温度适应性试验研究» [Экспериментальное исследование температурной адаптивности диафрагменного газового счётчика с использованием колокольного проливного устройства]. 轻工标准与质量, выпуск 1, стр. 55–57. Разделы 2–4, рисунки 1–4 и таблица 1. Рисунок 1 — английская схема, перерисованная с оригинала. Рисунки 2–4 — английские графики средних значений из таблицы 1. Английская таблица воспроизводит эти измерения. https://doi.org/10.19541/j.cnki.issn1004-4108.2015.01.027

Титульное фото: Лавитт Алан, Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США. Архивная фотография учёного, работающего с газовым хроматографом, использованная в качестве редакционной иллюстрации. Отказ от авторских прав зафиксирован на странице источника. Обрезано и размещено рядом с редакционным заголовком. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Female_scientist_working_with_gas_chromatograph.jpg