一种新型宽量程气体流量标准装置的研制

　　0 引言

　　气体流量标准装置用于气体流量计的检定、校准和出厂检验。随着测控技术与计算机技术紧密结合、测控过程日趋自动化和智能化，各国对气体流量标准装置提出了更高的优化设计要求。针对目前国内以空气作为介质的气体流量标准装置不能兼有宽量程、高准确度、高密封性等难题[1]，研制了一套既有测量范围宽、准确度高、性能稳定、重复性好、结构简单、噪声低等特点，又具有自检漏诊断功能的气体流量计标准装置，有效地解决了以往该类装置存在的一些难题。

　　1 音速喷嘴工作原理

　　根据音速喷嘴的临界流量特性，当音速喷嘴出口压力与上游滞止压力之比达到临界状态时，临界流量只与音速喷嘴入口处介质的性质和热力学状态有关。气体流量标准的传递即利用该特性，将音速喷嘴作为标准表，组合不同口径的音速喷嘴，构成性能优异的气体流量标准装置。

　　通过音速喷嘴的干空气实际瞬时质量流量 qm可按式( 1) 计算[2]:

　　式中: A 为音速喷嘴喉部的截面积，m²; C 为音速喷嘴的流出系数; C*为实际气体的临界流函数; p0为音速喷嘴入口气体的绝对滞止压力，kPa; T0为音速喷嘴入口空气的滞止绝对温度，K; R 为空气的气体常数，J·kmol·K^-1; M 为空气分子质量，kg·kmol^-1。

　　累积质量流量公式 Qm为:

　　装置在检定体积流量计时，要将标准质量流量换算成被检体积流量计的体积流量[3]。依据文献[3]，通过推导可得瞬时体积流量公式，即:

　　式中: ρm为被检流量计处的空气密度; pd为被检流量计处的空气压力; Td为被检流量计处的空气温度; Zd为被检流量计处的空气压缩系数。

　　累积体积流量公式 Qv为:

　　2 装置概述

　　2. 1 设计原则

　　装置应遵循如下原则:

　　① 软硬件采用模块式设计;

　　② 临界流文丘里喷嘴根据国际标准化组织 ISO9300 临界流文丘利喷嘴流量测量[4]和国家 JJG 620-2008 临界流文丘里喷嘴检定规程[2]的要求设计和制造，并借助检漏技术;

　　③ 采用气源稳定、结构简单的负压法方案;

　　④ 为保证特小流量的准确，采用独特的气环式高全压离心泵，大流量采用多级离心鼓风机作为真空发生设备;

　　⑤ 采用 PC + PLC 测控系统，提高整个系统的可靠性;

　　⑥ 装置根据 JJG 643-2003 标准表法流量标准装置检定规程[3]的要求设计制造，以干燥清洁空气作为检定介质，适用于检定或校准 0. 5 级工业皮膜式煤气表、气体涡轮流量计、气体腰轮流量计、气体超声波流量计等流量仪表，也可以检定/校准其他类型的流量仪表。