PVTt法气体流量标准装置参数的选择与确定

　　1　PVTt法气体流量标准装置的基本原理与基本特征

　　PVTt法气体流量装置由于测量精度高和设备简单,使用20多年来,在国内外引起普遍的兴趣、高度的重视和广泛的应用,目前已有多种结构形式,以下以常压(大气压)进气式PVTt法装置为例,说明其基本原理与基本特征。

　　对于图1所示的PVTt法流量标准装置,由以下两大过程对流量计进行标定。首先对标准容器抽真空和建立充气平衡初态:此时,关闭电磁阀、开动真空泵和开启蝶阀,对标准容器抽真空,当容器内气体的真空度约为-0·096MPa时,关闭蝶阀和真空泵,待容器内气体达到平衡态时,测出充气平衡初态的压力pi和温度Ti。然后是向标准容器充气和建立充气平衡终态:此时,开启电磁阀,环境的空气经流量计、过渡接管、控制元件,流入标准容器;在到达事先设定的充气时间t时,在程控计时器的作用下,电磁阀自动关闭,待容器内气体达平衡态后,测出充气平衡终态的压力pf和温度Tf。

　　根据以上所测的数据和标准容器的容积V,即可得到PVTt法装置的流量基本方程:

　　上式中qm为质量流量,Δm为在充气时间t中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,Rf和Ri为充气平衡终态和初态的气体常数。

　　式(1)是流量的基本方程,同时显示了PVTt法诸参数qm、V、pf、pi、Tf、Ti、Rf和Ri的联系。式(1)用到了理想气体的条件。

　　由以上所述不难看出控制元件的重要作用:在充气过程中,标准容器的压力是不断增加的,这种压力增加的扰动必然要向来流上游传播;当采用临界流喷嘴或临界流文丘利喷管作为控制元件,且当其喉部马赫数为1时,即可截住扰动不向其上游传播,从而使得喉部前方的来流为定常流,这是标定流量计时必需达到的必要条件,也是用式(1)表达定常流质量流量所必需满足的条件。这一条件也揭示了PVTt法装置的基本特征:在整体上为非定常充气的过程中,要保持经流量计的局部流动为定常流,这一基本特征是借控制元件来达到的。

　　2　充气初态压力pi与终态压力pf的选择与确定

　　2·1　充气初态压力pi

　　在式(1)中,设Ti=Tf=T,(T甚近于室温),Ri=Rf=R,(R甚近于空气的气体常数)式(1)即为:

　　由上式可知:对于给定V的标准容器,其所能标定的质量流量随着pf的增加、pi的减小而增加。pi在理论上可减小为零,但为此而抽成高真空而花的代价(充气时间长与真空泵抽气效率低)将会太大。现以数值对比为例证明pi过低,是没有实际意义的。