音速喷嘴法气体流量标准装置临界背压比的确定方法

　　负压音速喷嘴法气体流量标准装置作为标准表法流量标准装置，以其结构简单、无可动部件、准确度高、性能稳定等特点广泛应用于气体流量计的检定、校准工作中。 据不完全统计，我国已建立该类装置50余套，已经成为气体流量量值传递的主要标准之一。但要使其成为计量标准的前提条件是：装置各个喷嘴使用时必须达到临界流状态，即达到临界背压比。 针对负压法装置前压为大气压， 即该要求转化为对装置使用时的最大背压(最大允许下游压力)要求。 虽然在相关厂家技术文件中都给出了装置的最大背压， 但大多是结合JJG620-2008《临界流文丘里喷嘴》 检定规程及相关喷嘴的技术要求理论确定的， 对于整套装置具体使用时最大背压是多少、 如何确定最大背压都没有具体规定和确定方法，这已经在实际检定流量计和装置比对中凸显出来，成为影响该类装置准确性能的重要因素之一。 因此，确定装置的最大背压成为使用中不可回避的问题。

　　一、目前存在的问题分析

　　当音速喷嘴后压力与喷嘴前压力之比减小到一定值时，喉部流速达到最大流速———音速(工况)流动，即达到所谓的临界流，此时，如果前压P0不变，再减小后压P1(即再减小节流压力比)，流速将保持不变。 也就是说，流速不再受下游压力的影响， 此时的文丘里喷嘴称为音速文丘里喷嘴，又称临界流文丘里喷嘴，此时的节流压力比称为临界压力比。 在理想条件下，即气流是一维流动、等熵、 完全气体， 则从理论上可导出临界压力比的计算公式。

　　1.单个小喉径喷嘴的临界压力比不确定，试验方法未明确给出

　　一般认为只要按照ISO9300中规定的几何尺寸、加工工艺要求，依据JJG620-2008进行检定，合格的喷嘴选择合适的背压比，按照该规程附录面积比与最大背压比的关系图表，就能满足理论设计上要求的最大临界背压比，而忽视了喉部面积比和最大背压比的关系图的适用条件，即雷诺数大于2×105这个重要条件。 JJG620-2008对于雷诺数达不到要求(即雷诺数小于2×105)的喷嘴，仅建议用户保持0.25的背压比或者进行一次临界压力比试验来确定各个喷嘴的最大临界背压比，但是试验方法没有明确给出。 倘若存在较大喉径的喷嘴，雷诺数小于2×105，按照建议保持0.25的背压比，则在喷嘴组合时在增加真空泵能耗的同时缩小装置上限流量。

　　2.喷嘴的临界压力比不同于装置组合测量时的临界压力比

　　喷嘴的临界压力比是指喷嘴的气体流量达到最大值时， 喷嘴喉部处静态压力与喷嘴上游滞止压力之比，达到临界压力比时，气体在喉部达到音速，即使进一步降低背压比，通过喷嘴的流量将保持不变。 这种稳定的流动是喷嘴能得到准确量值的先决条件。