空气与蒸汽双介质流量标准装置的研制

　　0　引言

　　从20世纪90年代初期,国内气体流量标准装置开始采用标准表法原理或标准表法结合原始法原理实现流量量值传递,在仅十几年的时间里,标准表法装置发展很快,但是,在装置介质上,绝大多数都是空气,远远不能满足量值传递的需要。与空气介质相比较,我国对测量仪表在蒸汽介质下的特性研究非常少,而且不够深入,也缺少试验条件。

　　1　立项背景及装置种类的选择

　　为解决蒸汽流量计量问题,创建蒸汽和空气流量计量特性研究平台,本课题将空气装置和蒸汽装置有机地结合到了一起,既可单独使用,又可组合使用,在同一试验段,可以实现不同介质的更换,不需要重新拆卸安装测量仪表。

　　对于空气介质流量标准装置,选用了以音速喷嘴为标准表、压力为正压的标准表法流量标准装置,这种装置易于实现自动化、操作方便、工作效率高、测量范围宽,而音速喷嘴具有结构简单、性能稳定、准确度高、无可动部件、维护方便、检定周期长(5年)等优点。该装置可以检测各种气体流量计。

　　对于蒸汽介质流量标准装置,采用了标准表法原理和原始法原理结合的方法,标准表采用音速喷嘴,这样可以与空气标准相对应;原始法采用静态称重原理,即将蒸汽冷凝成水后,通过换向器流入称重容器,从而得到蒸汽的累积流量值。

　　2　装置的技术指标

　　空气介质装置的测量范围和不确定度水平在国内并不突出,但空气介质装置的工作压力可以达到表压0.4MPa,这种正压方式的标准表法气体流量标准装置在国内还比较少。蒸汽介质装置的技术指标是结合现场的气源条件、国内常用蒸汽流量计的口径、使用状态而确定的,见表1。

　　3　装置的结构及工作原理

　　如图1所示,空气介质装置主要由气源(压缩空气)、储气罐、稳压罐、实验管路、滞止容器、音速喷嘴组、消音器和控制设备组成。压缩空气经过储气罐、稳压调节罐后进入实验区,经过流量计后进入滞止容器,再经过组合音速喷嘴排到室外。空气介质既可以通到图1上部3条管线的试验区,也可以通到下部4条管线的试验区。滞止容器内有测温传感器和测压孔,可以测量滞止容器内的滞止温度和滞止压力,将其代入公式计算即可以得到通过音速喷嘴的质量流量,亦即通过流量计处的质量流量,该流量与流量计所显示的流量进行比较,从而确定被检流量计的误差或系数。

　　蒸汽介质装置采用原始法与标准表法结合的方式,原始法采用静态称重法,标准表法采用音速喷嘴作为标准表。装置主要由过热蒸汽、自立式调节阀、实验管路、热交换器、电子秤、滞止容器、音速喷嘴组等组成。蒸汽可以不通过音速喷嘴而直通热交换器和电子秤,也可以通过音速喷嘴后排到室外。此外,空气介质也可以通过同样的被检表和音速喷嘴后排到室外。过热蒸汽流过自立式调节阀进入蒸汽稳压罐、被检流量计、调节阀,然后进入热交换器,经过自立调节阀和调节阀的调节,使流过被检流量计的蒸汽达到所需的压力和流量,并在实验过程中保持不变。蒸汽经过热交换器后,变成冷凝水,最后从换向器的喷口流出,进入电子秤上的称量容器。在同一时间内,电子秤称得冷凝水的质量理论上应为流过被检流量计蒸汽的质量,由二者之间的差值即可确定被检流量计的误差。