应用钟罩检测小喉径临界流流量计的实验研究

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1、2010年全国流量测量学术交流会论文集应用钟罩检测小喉径临界流流量计的实验研究1123桑晓鸣　万丽芬　李东军　胡　霁（1.湖北省计量测试技术研究院，武汉430223；2.丹东蓝信仪表有限公司，丹东118000；3.国网电力科学研究院，武汉430074）摘　要论述了用钟罩式气体流量标准装置检定小喉径音速喷嘴的方法及优点，并进行了实验研究。阐述了其结构型式和工作原理，分析评定了用该方法检定小喉径音速喷嘴流出系数C的不确定度，对其可行性进行了实验数据的验证。关键词计量学；钟罩式气体流量标准装置；小喉径音速喷嘴；流出系数；不

2、确定度分析ExperimentResearchonDetectingtheSmallThroatDiameterFlowmeterforCriticalFlowbyUsingaBell-typeFacility23Xiao-mingSangLi-fenWanDong-junLiHuJi（1.HubeiInstituteofMeasurementTestingTechnology,Wuhan430223,China；2.DandongLanxinInstrumentCo.Ltd,Dandong118000,Chin

3、a；3.StateGridElectricPowerResearchInstitutey,Wuhan430074,China）Abstract:Tointroducethedetectionmethodofthesmallthroatdiametersonicnozzlebyusingabell-typegasflowstandardfacility.Italsodescribesthestructurestylesandtheworkingprinciples.Itassessestheuncertaintyoft

4、heoutflowcoefficientCforthesmallthroatdiametersonicnozzledetected.Thefeasibilityofthedetectionmethodwasverifiedthroughtheexperimentdataanalysis.Keywords:Metrology;Bell-typegasflowstandardfacility;Smallthroatdiametersonicnozzle;Outflowcoefficient;Uncertaintyanal

5、ysis0　引言现在许多地市计量部门普遍用临界流流量计(俗称音速喷嘴)作为标准表检测家用燃气3表，其喷嘴喉部直径比较小中国流量仪表网，流量范围为（0.016~6）m/h，喷嘴不确定度为0.35%，加上温度、压力不确定度合成后，标准表法的燃气表检测装置的准确度为0.5级。目前作为标准的3音速喷嘴多数采用pVTt法实流检测，也有用尺寸测量法的，流量范围在（10~1000）m/h，4[1]符合ISO9300标准对雷诺数大于2.5×10的要求。对于小流量的喷嘴，雷诺数小于2.5×410，不适宜采用尺寸测量法，通常采用实流标定

6、。而制作一套pVTt法标准装置，费用较高。所以我们研究一种利用钟罩式气体流量标准装置对小流量喷嘴进行标定的方法。钟罩式气体流量标准装置准确度最高可以达到0.1级，若提高它的稳定度，在钟罩体内和出口插入高精度温度传感器和压力传感器进行气体温度和压力的修正，即使钟罩的不确定度为0.15％，通过误差分析和计算，用0.15级的钟罩检测0.35级的临界流流量计应该是没有问题的。422010年全国流量测量学术交流会论文集1　钟罩检测装置的结构及测量方法1.1　检测装置结构下图是用钟罩式气体流量标准装置检定小喉径音速喷嘴的示意图。

7、该装置由钟罩（包括压力补偿机构、真空泵等）、高精度温度和压力传感器、被检喷嘴及试验管道，以及计算机数据采集系统等部分组成。图1　检定示意图钟罩用来提供标准流量和稳定的气源，压力波动小于10Pa，钟罩内气体压力小，在1kPa~3kPa之间；钟罩上、下端分别安装温度变送器，测量钟罩内温度值及温差；钟罩提升采用气缸外拉动，自然吸入室内空气；真空泵形成压力差达0kPa~-70kPa，满足喷嘴背压比要求；喷嘴前装高精度压力、温度变送器，喷嘴下游装压力变送器，以监测背压比。1.2　测量原理音速喷嘴孔径最小的流道部分称为喷嘴的喉部

8、。当喷嘴上、下游气流压力比（即背压比）达到临界压力比的条件下，在喷嘴喉部形成临界流状态，气流达到最大速度（音速），流过喷嘴的气体质量流量也达到最大值qm。此时qm只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关，而不受其下游状态变化的影响。根据测量的喷嘴上游滞止压力和滞止温度计算出喷嘴的理论质量流量，并通过钟罩提供的标准流量（即喷嘴的实际质量流量中国流量仪表