PVTt法气体流量标准装置中标定时间的确定

　　0　引言

　　随着国民经济的发展,工业、民用及国防等部门对气体流量测量的介质种类、状态参数、流量范围、测量准确度等提出了更高的要求,气体的计量也受到越来越多的重视。所以,发展气体流量仪表已成为我国流量计量仪表发展的重点,而建立高准确度的流量标准装置是进行流量计研究和制造的基础。PVTt法气体流量标准装置就是测量气体质量流量的一种高精度标准装置。

　　PVTt法气体流量标准装置[1]是以音速喷嘴为控制元件,通过测量装置中标准容器内充气前后的气体压力、温度来确定被检表的气体实际质量流量值的。将其与被检表的示值进行比较,计算出被检表的示值误差。PVTt法中的P代表标准容器内气体的压力,V代表标准容器的容积,T代表标准容器内气体的温度, t代表时间。图1为该装置的示意图。

　　　20世纪60年代,一些先进工业国家开始了该流量计校验的研究和应用,随后不久我国也开始了这方面的工作，但仍有诸多气动问题尚待研究。该文以热力学、气体动力学中的喷管及激波理论,研

　　究了标定时间的理论值计算,从而为实际的标定时间确定提供依据,以此提高测量精度。

　　1　原理及公式推导

　　PVTt法气体流量标准装置工作原理如下:首先对标准容器抽真空,待容器内气体达到平衡的初始状态时,测出初态压力和温度。然后开启电磁阀向标准容器充气,在达到事先设定的充气时间即标定时间时,程控计时器自动关闭电磁阀,待容器内气体达到平衡后,测出平衡终态的压力和温度。控制元件(常用拉瓦尔喷管)的作用就是保证在内,注入标准容器的气体质量流量恒定。

　　根据以上测得的数据和标准容器的容积V,即可计算出通过待测流量计的质量流量的值:

　　式中,Δm为在标定时间内充入标准容器的气体质量,ρf和ρi为充气平衡终态和平衡初态的气体密

　　度,R为气体常数。

　　1·1　充气的启始段Δt对qm的影响

　　在充气过程中,标准容器的压力是不断增加的,只要喷管喉部的马赫数达到1时,质量流量就能维持恒定,这是标定流量计时必须达到的条件。装置在充气过程中流量与时间关系如图2所示。

　　由此可知,启始段内质量流量并不恒定。作者曾应用FLUENT数值模拟计算[6],得到Δt为几毫秒,实例计算中为2. 93 ms,而维持恒定质量流量的时间长达几十至几百秒。因此可忽略Δt的影响,认为充气开始,喷管喉部的马赫数为1,公式(1)就不需修正也可达到高的精度。

　　1·2　标定时间理论值t的计算