摘要:为了满足人们对不同浓度标准气体的需求，金属管浮子流量计应运而生。金属管浮子流量计主要由热式质量流量计组成，热式质量流量计控制流量的精度直接影响着配出气体浓度的准确度。本文详细介绍了皂膜式气体流量标准装置校准金属管浮子流量计的过程。
引言
金属管浮子流量计是将高浓度标准气体按照设定的稀释比例，通过高精度的热式质量流量控制器控制，非常终输出所设定的低浓度混合气体的一款仪器。金属管浮子流量计普遍适用于环境监测、科学研究、生物制药、质量监督等场所，也可与气体分析测试类仪器配合使用，或者用于对这些仪器进行计量校准。
1金属管浮子流量计的组成
金属管浮子流量计一般由机箱、液晶面板、管路、电路控制部件等组成，其中管路一般分为稀释气(零气)口、通道1口、通道2口、混合气口、废气口五大部分组成，其中稀释气(零气)口、通道1口、通道2口大多分别由三个热式质量流量控制器(热式
质量流量计)组成三个入气通道，混合气口、废气口大多分别由两个浮子流量计组成两个出气通道。
其中，三个热式质量流量控制器的流量精度直接影响配气仪的配出气体浓度的准确度，所以定期对配器仪的流量控制器进行流量校准显得尤为重要。
2热式质量流量计的原理
热式质量流量计(ThermalMassFlowmeters，简称TMF)在国内也称为量热式流量计。是通过测量气体流经流量计内加热元件时的冷却效应来计量气体流量的。气体通过的测量段内有两个热阻元件，其中一个作为温度检测，另一个作为加热器。温度传感元件用于检测气体温度，加热器则通过改变电流来保持其温度与被测气体的温度之间有一个恒定的温度差。当气体流速增加，冷却效应越大，使须保持热电阻间恒温的电流也越大。此热传递正比于气体质量流量，即供给电流与气体质量流量有一对应的函数关系来反映气体的流量。
3校准方法
3.1校准用气体流量标准装置
校准金属管浮子流量计流量一般可采用皂膜式气体流量标准装置(主要由皂膜管和配套仪表组成)和活塞式气体流量标准装置。标准装置应有有效的检定证书或校准证书，并且其扩展不确定度(k=2)应不大于金属管浮子流量计流量非常大允许误差绝对值的三分之一。本文以皂膜式气体流量标准装置为例进行详细介绍。
3.2配套仪表(如表1所示)
3.3校准气体
校准气体应无游离水或油等杂质存在，且组分或性状与实际测量介质相近，校准金属管浮子流量计的流量采用高压氮气瓶的氮气作为气源非常为合适。
3.4校准环境
环境温度应为(5～40)℃;大气压力一般为(86～106)kPa。
3.5金属管浮子流量计安装(如图1所示)
其中被校金属管浮子流量计有三个入气口，分别为稀释气(零气)口、通道1口、通道2口，需分别连接进行依次进行校准，出气口连接混合气口，并且将废气口关闭。以校准稀释气(零气)口流量为例，图1中5处的被校金属管浮子流量计的入气口(图1中4后)接稀释气(零气)口，出气口(图1中6前)接混合气口。
3.6流量校准
3.6.1密封性检查
在流量校准之前，需要做密封性检查。按3.5和金属管浮子流量计使用说明书的要求，安装好配气仪到标准装置上，在零流量状态下，观察压力测量仪表示值不变。
3.6.2流量标定界面
通过密封性检查，就可以进一步校准金属管浮子流量计的流量。国产动态气体校准配仪一般会有一个设置界面，里面有一个流量标定的界面，以图2的标定界面为例，进行流量的校准和标定。各通道的流量校准都是在这个界面完成的。
3.6.3校准流量点
根据JJG1132－2017《热式气体质量流量计检定规程》，金属管浮子流量计校准流量点一般选择qmax、0.5qmax、qt、qmin(其中qt为分界流量，一般取0.2qmax)。金属管浮子流量计的稀释气(零气)口一般采用(0.2～4)L/min的热式质量流量计;而通道1口和通道2口则一般都采用(0.1～2)L/min的热式质量流量计，稀释气(零气)口的量程一般是通道1口、通道2口量程的2倍。以校准稀释气(零气)口的流量为例，则流量点一般选择4L/min、2L/min、0.8L/min、0.2L/min。每个流量点校准次数为3次。
启动气源，打开阀门，将4L/min流量点输入到图2设定流量一栏中，设定好后金属管浮子流量计自动启动热式质量流量控制器，气流会以设定流量稳定通过配气仪再经过皂膜式气体流量标准装置。
运行至气体状态稳定，用皂膜起泡器打好皂膜，试运行数次;接着计量器清零;再接着用皂膜起泡器打好皂膜，当皂膜升到下刻线时，同时启动计量器;当皂膜升到上刻线时，同时停止计量器。记录下计量器的时间、流过皂膜管的气体累积流量、温度、压力等参数。这样就完成非常好个流量点的一次校准。
重复以上过程至少两次，完成非常好个流量点的校准。按校准流量点设定流量，重复下一流量点的校准。重复以上过程，依次完成4L/min、2L/min、0.8L/min、0.2L/min所有流量点的校准。
其中，以图2中实测流量那一栏的流量作为仪器流量，皂膜式气体流量标准装置3次分别测出来的流量取平均作为标准流量。如果标准流量值与仪器流量偏差超过了仪器的非常大允许误差，则需对配气仪进行标定。
3.6.4流量标定及校准
以稀释气(零气)口为例，在图2气体种类、系数分别输入N2、28。先将图2零点和斜率分别改为0.0000和1.000;然后就选取qmin、qmax流量点即0.2L/min、4.0L/min进行流量点测量。测量结果处理参考表2。
利用两元一次方程Y=KX+C，式中:Y设定流量;X测量结果平均值。如表2，A1～A3分别为设定流量点0.2L/min的三次实测流量值，A为这三次实测值的平均值;B1～B3分别为设定流量点4.0L/min的三次实测流量值，B为这三次实测值的平均值。
例如实测A1=0.2012L/min、A2=0.2005L/min、A3=0.2008L/min则A=0.2008L/min;B1=4.010L/min、B2=4.014L/min、B3=4.013L/min，则B=4.012L/min分别代入方程Y=KX+C，可以求得新的斜率K=0.997和零点C=0.0001，将结果输入到图2的零点和斜率。这个过程为完成一个流量点的流量标定。标定完成后返回重新测量三次，再计算平均值，该值即为实测流量值，这样就完成一个流量点的校准。重复以上操作可以进行其他流量点其他通道的标定及校准。
4小结
金属管浮子流量计在环境监测和质量监督等场所运用越来越广泛，人们对一定区间范围内任意不同浓度的气体需求也越来越多，可见，金属管浮子流量计的重要性更显突出。然而，人们对这类仪器的计量溯源，普遍处于空白状态。文章简单介绍金属管浮子流量计的主要构成及主要部件的工作原理，并且详细的讲解金属管浮子流量计的皂膜式气体流量标准装置流量校准法的校准，通过流量校准可以保证金属管浮子流量计配制低浓度气体的准确可靠。
