一种空气流量测量装置对比标定和不确定度评定方法

　　1引言

　　空气流量测量在航空发动机整机和零部件试验中经常遇到。空气流量常采用标准节流装置或流量管测量，然后再根据流经节流装置的压力、压差和温度等参数计算获得。影响流量测量不确定度的因素较多，准确获得空气流量并评定其测量不确定度比较复杂。在工程实践中，常采用声速喷嘴等标准节流装置校准空气流量测量装置。由于声速喷嘴等标准流量测量装置也具有较大的测量不确定度，难以达到校准标准的要求(标准的测量不确定度为被校装置测量不确定度的1/4～1/5以上为最佳)[1]，如果简单采用偏差法来评定被校装置的测量不确定度，难以获得满意的结果。本文介绍了一种在常压下使用的流量测量装置的校准方法，并采用一种创新的数据处理方法评定流量测量装置的不确定度。

　　2流量测量装置介绍

　　某电机风冷机构是一台低流量、低压比的两级轴流压气机，其设计功率不大于15 kW，设计转速12 200 r/min，标准大气状态下的设计流量不大于0.91 kg/s，设计压比1.14。该风冷机构径向进气、轴向排气，动力输入在前部。为便于安装，进行风冷机构性能试验时在排气方向上测量流量。另外，由于标准节流装置需要一定的压差才能测量流量，为保证风冷机构的压比可调以获得完整的压比/流量特性曲线，不能采用流量孔板等标准节流装置测量流量，而是在平直管道上安装7点总压耙配合壁面静压测量，以尽量减少流量测量段的压力损失。该流量测量管在试验时的安装如图1所示，7点总压耙测点沿管道半径方向等环面布置，壁面4点静压与总压测点在同一截面上，4点静压并联后引出以测量气动平均静压。温度采用一支铂电阻测量，测量截面在压力测量截面后5倍管道直径截面上。按如下公式计算流量管流量：

　　式中：C是流量系数，通过校准得到;Pt是7点平均总压;k是比热比;R是气体常数。

　　3校准方法

　　流量管的校准通常有两种方法，一种是通过测量附面层厚度，进而计算得到流量系数;另一种是通过对比标准流量装置和流量管的理论流量获得流量管的流量系数。对于尺寸较大的流量管，一方面难以找到大流量节流装置进行比对校准，另一方面通过测量附面层厚度计算流量系数的方法可获得足够的精度，所以常采用附面层法获得其流量系数。对于小尺寸流量管，由于尺寸效应，附面层厚度的测量精度对流量系数的影响明显，因此最好采用标准流量装置比对校准方法获得其流量系数。风冷机构的流量小，流量管测量截面直径为准120。为满足稳定平直流场的要求，流量测量截面距风冷机构出口距离较长，附面层相对较厚。因此，在校准风冷机构试验使用的流量管时，利用已有试验设备，将标准孔板安装在前，流量管安装在后，如图2所示这时流量管的工作状态几乎与实际使用状态一致，校准结果能反映流量管的真实使用情况。