一种标准体积掺气浓度仪器校验系统的制作方法

本技术涉及一种标准体积掺气浓度仪器校验系统，是一种对水进行测量系统，是一种用于对水中掺气浓度进行测量的设备进行标定的系统。

背景技术：

1、体积掺气浓度参数是衡量水工过水建筑物高速水流掺气减蚀性能的一项主要指标，在其他行业也不乏引用。限于水气两相流场运动的复杂性，以往科学和生产实践中尚缺乏可溯源的体积掺气浓度这一参数的标准源物质。掺气测量通常采用专用的掺气浓度仪以及形状各异的掺气传感器（如果掺气测量使用的是电导测量仪，则掺气传感器是各种形状的电极）进行测量。掺气浓度仪和掺气传感器是一种计量设备，需要标定，统一标准，才能达到精确测量的目的。然而由于早年限于原有的技术条件、测量的精度要求较低等原因，对于电导掺气浓度仪的校准只能依据maxwell理论公式，调整标准电阻器的电阻值来模拟掺气浓度参数，而对于掺气浓度传感器则缺乏标准校验物质。传统的电阻值模拟标定方式的精确度较差，各个掺气浓度仪之间存在误差，以致使用不同掺气浓度仪所测量的数据存在差异，影响了掺气量测量数据的权威性。近年来，由于科技的进步和生产水平的提高，对掺气量测量的精度提出了越来越严格的要求，掺气浓度仪及其掺气传感器的测量精度要达到相当精确的一致性标准，使其成为一种真正的计量设备成为行业的迫切需求。近年来，国内研发了一些适合实际应用场合的掺气量标定设备，如中国专利zl201921021352 .x（公开日：2020.5.15）和zl202123017903 .5（公开日：2022.5.31）。然而，这些掺气量标定装置普遍存在的一个问题是：为了模拟真实的掺气工况，设置了水平或接近水平的横向运动的水流，而掺入的空气气流在进入水中时虽然尽量与水流的运动方向一致，但空气横向进入水流后会快速的以气泡的形式上升，形成气泡倾斜上升现象，断面掺气浓度不均匀，进而影响仪器的测量精度。这种情况对于进行掺气测量是允许的，但作为一个计量标准设施则是难以接受的。另一方面，现有标定掺气设备方案中，空气掺入也是一个大问题。现有方案是设计几个喷口，将气流对水流中吹入空气，或者将水管和气管直接用三通结合，该方案通常无法保证水气的均匀掺混，不能满足标准物质的基本需求。第三个问题是，现有的掺气标定设施的溯源关系链条十分冗长而复杂，如何提取精确的测量数据是个大问题。由于水流是横向运动的，其体积是不断变化的，掺气量是气体和气液综合体的体积比，其体积元素若依据背景温度、压力、质量流量、体积流量等多重动态参数监测计算而得，一旦某个环节出现纰漏都将造成标定误差，而若想校准这些环境要素也十分繁琐而复杂，不便应用。如果不能精确取得体积数据，其标定功能必然大打折扣。因此如何取得直接而精准的溯源关系和稳定而均匀的测量环境，使标定掺气量更加精确，是一个需要解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的问题，本实用新型提出了一种标准体积掺气浓度仪器校验系统。所述的系统采用水流静止的圆筒形容器，底部全面积均匀的释放出气泡，简单易得一种稳定可靠且动态均匀的标准体积掺气浓度源物质发生装置，并通过这一装置连接的各种数据采集和计算设施，进而对各种体积掺气浓度测量仪或传感器校准之用。

2、本实用新型的目的是这样实现的：一种标准体积掺气浓度仪器校验系统，包括：体积掺气浓度标准源发生装置，以及与所述的体积掺气浓度标准源发生装置依次连接的掺气仪、数据采集器、数据处理和显示装置；所述的体积掺气浓度标准源发生装置包括：一上端开口底部封闭的截面形状上下一致且底部密闭的竖置筒，所述竖置筒上端对大气敞开并设置固定测量设施的平台，所述竖置筒底部设置一个出气面与竖置筒截面形状相同或接近相同的气泡盘，所述的气泡盘包括盘体和气泡石，所述气泡盘上表面与平台之间设有液位计，所述的液位计与数据采集器连接，所述气泡盘的进气口与带有流量调控器的压力气源连接。

3、进一步的，所述的数据处理和显示装置是具有数据采集和处理能力的通用计算机。

4、进一步的，所述的竖置筒为圆筒，所述的圆筒由透明材质构成。

5、进一步的，所述的圆筒外壁竖置一刻度尺，所述刻度尺的零读数的起点为气泡盘上表面。

6、进一步的，所述的平台上设有测量水温的温度传感器。

7、进一步的，所述的平台上设有至少两个掺气传感器安装位。

8、进一步的，所述的液位计是杆式浮子液位计。

9、进一步的，所述的流量调控器是串联连接的限流阀和平衡阀。

10、进一步的，所述的平台通过支架安装在竖置筒的顶端。

11、进一步的，所述的平台作为盖子盖在竖置筒的顶端，所述的盖子上设有透气孔。

12、本实用新型的优点和有益效果是：本实用新型利用水中气泡自然上浮特性，以竖置的等截面积圆筒和底部气泡盘、数据采集和处理、空气压缩机等简单设备，将两相流场中液体和气体两部分体积的计量简化为综合液位的计量，并溯源至基本测量单位，形成了统一精确的测量基准。圆筒中产生的均匀的水气两相流场即标准掺气浓度源物质，只与进气量一项参数有关，改变进气量的大小即可改变均匀水气两相流场内的体积掺气浓度指标的大小，常规室内环境下与水气两相流场的背景温度、压力有一定关系，必要时也可进行精确修正。圆筒仅设空气循环供给设施，但无需计量进气量，也无需外设循环水池、供水环路及水量计量等设施，设备数量少、结构简单、体积小巧、成本低廉、节省布置空间，节能降耗、绿色环保、工作性能稳定可靠。圆筒组成一个开放式系统，便于上端布设一个可透气的仪表平台，一方面连通大气，一方面固定被校准的仪器或传感器，水气两相流流场直观可视，组装调试简单、可操作性强，在一般小规模实验室或办公室即能组装运行。

技术特征：

1.一种标准体积掺气浓度仪器校验系统，包括：体积掺气浓度标准源发生装置，以及与所述的体积掺气浓度标准源发生装置依次连接的掺气仪、数据采集器、数据处理和显示装置；所述的体积掺气浓度标准源发生装置包括：一上端开口底部封闭的截面形状上下一致且底部密闭的竖置筒，所述竖置筒上端对大气敞开并设置固定测量设施的平台，其特征在于，所述竖置筒底部设置一个出气面与竖置筒截面形状相同或接近相同的气泡盘，所述的气泡盘包括盘体和气泡石，所述气泡盘上表面与平台之间设有液位计，所述的液位计与数据采集器连接，所述气泡盘的进气口与带有流量调控器的压力气源连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的数据处理和显示装置是具有数据采集和处理能力的通用计算机。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的竖置筒为圆筒，所述的圆筒由透明材质构成。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的圆筒外壁竖置一刻度尺，所述刻度尺的零读数的起点为气泡盘上表面。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的平台上设有测量水温的温度传感器。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的平台上设有至少两个掺气传感器安装位。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的液位计是杆式浮子液位计。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的流量调控器是串联连接的限流阀和平衡阀。

9.根据权利要求1-8之一所述的系统，其特征在于，所述的平台通过支架安装在竖置筒的顶端。

10.根据权利要求1-8之一所述的系统，其特征在于，所述的平台作为盖子盖在竖置筒的顶端，所述的盖子上设有透气孔。

技术总结
本技术涉及一种标准体积掺气浓度仪器校验系统，包括：稳态的体积掺气浓度标准源发生装置，以及与体积掺气浓度标准源发生装置依次连接的掺气仪、数据采集器、数据处理和显示装置；体积掺气浓度标准源发生装置包括：一上端开口底部封闭的截面形状上下一致且底部密闭的竖置筒，竖置筒上端对大气敞开并设置固定测量设施的平台，竖置筒底部设置一个出气面与竖置筒截面形状相同或接近相同的气泡盘和气泡石。本技术利用水中气泡自然上浮特性，以竖置的等截面积圆筒和底部气泡盘、压力空气源等简单设备，将两相流场中液体和气体两部分体积的计量简化为综合液位的计量，并溯源至基本测量的长度，为标定掺气设备形成了统一精确的测量基准。

技术研发人员：谭水位,陈文学,李广宁,任炜辰,熊麒麟,杨帆,张蕊,任盼红,王志刚,刘继广
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：20230523
技术公布日：2024/1/15