音速喷嘴气体流量标准装置校准方法的研究

　　1　引　言

　　采用喷嘴作为标准表的气体流量标准装置,以其结构简单、性能稳定、准确度高、无可动部件、维护方便等特点,在气体流量计的检定及校准中得到广泛的应用,目前,此类流量标准装置已成为开展气体流量计量的主流标准装置。因此,音速喷嘴气体流量标准装置的校准方法,也成为人们关注的重点。目前对音速喷嘴流量标准装置的评价方法,是在保证装置静态密封性和功能有效使用的前提下,通过对喷嘴测量不确定度的引用,结合对装置温度、压力测量不确定的评定,最终给出装置主量值不确定度,从而完成对装置的评价。由于音速喷嘴法标准装置本身存在的一些特点,目前对装置的评价方法仍显不足,因此,针对普遍采用的音速喷嘴气体流量标准装置的使用情况,对其校准方案提出以下几个问题。

　　2　问题的提出

　　2·1　对密封性的评价存在问题

　　目前,对密封性的评价仅仅局限于对装置静态密封性的评价,而对其在工作状态下可能产生的泄漏现象未作具体评价,因而造成装置制造商在装置的设计中有意忽略对其密封性进行实时监测的功能设计,使装置在实际工作中由于密封性不好造成的量值失真不易被发现。

　　2·2　对喷嘴组合的评价存在问题

　　由于对音速喷嘴流量标准装置的不确定度评定,仅仅局限于在上级气体标准装置上测量喷嘴流量量值的测量不确定度,而忽略了在本级装置上喷嘴工作状态的差异,从而使部分喷嘴(特别是小口径喷嘴)在本级装置上有可能达不到临界状态,造成在同样流量点、不同的喷嘴组合,流量量值的差异。

　　2·3　在小流量点设定的预通气时间存在问题

　　在现有装置中,大部分采用所有喷嘴共用一个滞止容器和气体汇管,喷嘴前有较大的气体“管容”,在原来的装置校准方法中作为规定预通气时间,因此,在用小的喷嘴组合检定小流量计时,当装置监测到喷嘴已达到临界流状态时,实际上被检流量计尚未达到检定流量,甚至尚未运行。

　　3　问题的分析

　　3·1　装置的密封性

　　密封性是评价气体流量标准装置的首要指标,以往对音速喷嘴气体流量标准装置的密封性考察,一般是检查标准装置在工作压力下,装置的各部件连接处是否有漏气现象。由于现有装置基本采用图1所示结构,发生阀门内漏的可能性本来就比较大。而采用上述密封性检查方法,仅可能检查到装置在静态条件下的密封状况,由于采用多个喷嘴组合,在使用某几个喷嘴的过程中,如果其它喷嘴部分的阀门关闭不到位或发生临时故障,出现少量泄漏,则不易发现,这样必然会对实验结果产生影响,尤其是在小流量点的检定时可能会产生较大影响。