項目名稱：DN150氣體流量標準裝置     

二、                      裝置主要技術(shù)指標

1、裝置型式：負壓法臨界流氣體流量標準裝置 。

2、可測流量范圍：（1～1500）m3/h  (當(dāng)?shù)卮髿鈮簵l件下)

3、被檢流量計口徑：DN150

4、音速噴嘴不確定度： Urel=0.2％,k=2

5、裝置擴展不確定度：Urel =0.33％,k=2

6、壓力變送器：±0.075%

7、溫度變送器：允差小于0.2℃ 0-50℃

8、       裝置工作壓力：106kPa～60kPa(絕壓)

9、       壓力波動：<20pa

 10、工作介質(zhì)：潔凈空氣

 11、耗能最大功率：AC380V(65KW);

三、DN150氣體流量標準裝置參照的主要標準

1）、ISO9300：1990   《采用臨界流文丘里噴嘴的氣體流量測量》

2）、JJF 1240-2010   《臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標準裝置校準規(guī)范》

3）、JJG643—2003    《標準表法流量標準裝置》計量檢定規(guī)程

4）、JJG620—2008    《臨界流流量計》計量檢定規(guī)程

四、裝置方案概述

   1、裝置的結(jié)構(gòu)組成

    臨界流文丘利噴嘴法氣體流量標準裝置(以下簡稱裝置)由4部分組成。第一部分為氣源部分,即水環(huán)真空泵,穩(wěn)壓罐等。第二部分為標準部分,DN150口徑流量（1m3/h～1500m3/h）主要由滯止容器和安裝在滯止容器內(nèi)的臨界流文丘利噴嘴(以下簡稱噴嘴)以及測量噴嘴上、下游的壓力變送器和溫度變送器、選擇噴嘴流量的密封閥等組成。第三部分為安裝被檢流量計的試驗管道部分,這部分主要由被檢流量計的前、后直管段、氣動伸縮器、被檢表的測溫和測壓儀表等。第四部分為微機數(shù)據(jù)處理部分,這部分主要包括：工控計算機、控制柜和打印機等。

   2、裝置的工作原理

2．1 臨界流文丘利噴嘴的基本原理

滯止容器內(nèi)的臨界流文丘利噴嘴(以下簡稱噴嘴)為整套裝置的核心部分。噴嘴是個孔徑逐漸減小的流道,孔徑最小的部分稱為噴嘴的喉部,在喉部的后面有孔徑逐漸擴大的流道。噴嘴與亞音速噴嘴(喉部流速低于音速)的主要區(qū)別為亞音速噴嘴的流量不僅與上游壓力有關(guān)而且與下流壓力有關(guān),流出系數(shù)不僅與雷諾數(shù)有關(guān)還與馬赫數(shù)有關(guān),所以準確度提高很困難。而本裝置的噴嘴,由于喉部氣流速度達到音速,馬赫數(shù)等于1,因此流量只與上游壓力和溫度有關(guān),流出系數(shù)只與雷諾數(shù)有關(guān)。正是應(yīng)用這原理，采用噴嘴為標準裝置的標準表，作為流量標準使用，與被檢流量計比對，從而得到被檢流量計的誤差。

裝置DN150口徑流量（1m3/h～1500m3/h）的噴嘴采用入口上游大空間安裝方式，當(dāng)在噴嘴軸線或入口平面5倍噴嘴喉徑的空間內(nèi)無器壁時，視為噴嘴的上游是一個大空間，并在噴嘴軸線方向據(jù)入口平面10倍噴嘴喉徑的位置測壓，在滯止容器上均勻取點測溫。

  2.2 臨界流文丘利噴嘴法氣體流量標準裝置的結(jié)構(gòu)

裝置工作時,用真空泵將空氣由被檢表的上游直管段入口吸入,空氣流過測試管段和被檢流量計,進入滯止容器,流經(jīng)臨界流文丘里噴嘴組后,經(jīng)背流管流入儲氣罐。根據(jù)檢定流量的大小,系統(tǒng)自動控制選擇閥組和噴嘴,按不同的噴嘴組合方式確定所需的檢定流量。在檢定過程中,微機系統(tǒng)自動控制噴嘴組前、后的氣體壓差,使噴嘴氣體流速達到臨界流,同時采集噴嘴前的氣體壓力和溫度,計算出標準的累積流量q′m,并按有關(guān)的檢定規(guī)程,將它與采集到的被檢流量計的指示值進行比較和計算,即可得到被檢流量計在不同流量點的基本誤差和重復(fù)性誤差。

qmi 為通過第i個臨界噴嘴的氣體質(zhì)量流量； n 為所選噴嘴的個數(shù)

2.3裝置流量計算公式

　  2.3.1臨界壓力比

在理想條件下,從理論上可導(dǎo)出臨界壓力比的計算公式:

k為氣體的比熱容;

p1為噴嘴的下游出口壓力;

p0為噴嘴的上游入口滯止壓力。

對于空氣,k=1.4,     p1/p0=0.528

2.3.2　理想條件下的質(zhì)量流量

在理想條件下,文丘里噴嘴的質(zhì)量流量公式:

qmi為文丘里噴嘴在理想條件下的質(zhì)量流量（kg/s）;

A*為文丘里噴嘴的喉部面積（m2）;

C*i為氣體在理想條件下的臨界流函數(shù)。

為通用氣體常數(shù)(J.mol-1 . K-1)

2.3.3  實際條件下的質(zhì)量流量

在實際條件下,文丘里噴嘴的質(zhì)量流量公式:

qm為文丘里噴嘴在實際條件下的質(zhì)量流量,kg/s;c*為氣體在實際條件下的臨界流函數(shù),假定氣體為一維、等熵流動,利用實際氣體的熱力學(xué)性質(zhì)表,可用計算機計算出來;c為流出系數(shù),是對“一維、等熵流動"等假設(shè)條件的修正。

   3、裝置的主要設(shè)備

     1）裝置由一套獨立的系統(tǒng)組成： DN150。

    裝置流量范圍：1-1500m3/h;分布為一條檢定臺位,包括前直管段前后直管段、氣動夾表器、升降臺、壓力變送器、溫度變送器。

     裝置噴嘴組合：

1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024 m3/h    

2）       整個裝置配兩臺水環(huán)真空泵并配氣動碟閥兩個.

3）       變頻器兩臺

4）       滯止容器、背壓容器、11個臨界流文丘里噴嘴，11套密封閥組，2臺絕壓變送器和2臺溫度變送器。

5）       緩沖罐一個（1m3）

6）       變頻控制柜

7）       空壓機1臺（380v、三相）、儲氣罐1個（0.3m3）

8）       控制系統(tǒng)：工控機（中國臺灣研華 IPC-610）、顯示器(聯(lián)想)、激光打印機（聯(lián)想）、軟件配置（系統(tǒng)自檢程序、建立和修改基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫程序、流量計檢定程序、流量計檢定結(jié)果數(shù)據(jù)庫）

五、標準器選用

裝置是采用負壓的方法,氣源為兩臺水環(huán)真空泵。首先將大氣中的空氣吸入試驗管道,氣流通過被檢流量計進入滯止容器。并按照ISO9300及JJG620-1994規(guī)程規(guī)定設(shè)計出測量噴嘴上游滯止壓力、滯止溫度的位置。

檢定臺位管路按照前直管段20D，后直管段5D。管路的內(nèi)徑和圓度測量方法原則上按照GB2624中條款規(guī)定的計算方法執(zhí)行。

檢定臺位的分布，按照工作場地的尺寸，以合理化及人性化設(shè)計，充分考慮到檢定員在檢定過程中空間的舒適度，檢定臺的尺寸也是按照被檢流量計的檢定規(guī)程中所要求的尺寸進行設(shè)計。通過調(diào)節(jié)檢定臺處的升降臺，實現(xiàn)夾表器、備件表及前后直管段達到同軸。

被檢表前的壓力、滯止容器壓力，背流管的壓力測量根據(jù)JJG198-94《速度式流量計檢定規(guī)程》，被檢表前的壓力測量點在流量計上游多點測量，滯止容器的取壓位置應(yīng)在噴嘴軸線方向入口平面10倍噴嘴喉徑的位置。

六、裝置的特點 

    1、真空泵合理搭配 ：兩臺水環(huán)真空泵，可滿足1-1500m3/h流量并且節(jié)約能源。按照要檢定流量的數(shù)值可以選擇開啟真空泵的數(shù)量。 

    2 、檢測效率高：由于用文丘里音速噴嘴作標準器，無可動原件，可靠性高。若被檢測產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，一般檢測一臺流量計在0.5 h 以內(nèi)。

    3 、夾表臺及夾表器的設(shè)計，以達到夾表平穩(wěn)、方便可靠及各個機構(gòu)同軸。

    4 、噴嘴易于裝卸維護：噴嘴與下游背流管處安裝有伸縮機構(gòu),方便噴嘴的裝卸。  

七、裝置的不確定度

裝根據(jù)氣體動力學(xué)原理，當(dāng)氣體通過臨界流文丘里噴嘴時，噴嘴上、下游氣流壓力比達到某一特定數(shù)值的條件下，在噴嘴喉部形成臨界流狀態(tài)，氣流達到最大速度（音速）。流過噴嘴的氣體質(zhì)量流量也達到最大值。此時只與噴嘴入口處的滯止壓力和溫度有關(guān)，而不受其下游狀態(tài)變化的影響。流經(jīng)音速噴嘴的質(zhì)量流量可按下式計算：

             （1-1）

                    累計體積流量為  

式中：—通過臨界流文丘里音速噴嘴在實際條件下的質(zhì)量流量；

—音速噴嘴喉部的截面積；

—音速流噴嘴的流出系數(shù)；

—實際氣體的臨界流函數(shù)；

—噴嘴前氣體的絕對滯止壓力；

—噴嘴前氣體的絕對滯止溫度；

—氣體常數(shù)

根據(jù)流量計算公式（1-1）,由于在檢定和使用時噴嘴喉部截面積、臨界流函數(shù)、氣體常數(shù)不變，因此這幾項的不確定度可以忽略。置不確定度只和噴嘴流出系數(shù) 、噴嘴前滯止壓力、噴嘴前滯止溫度、被檢流量計處溫度、被檢流量計處壓力 、計時器等因素有關(guān)。

噴嘴按ISO9300要求精加工處理，不確定度可達0.2%；

壓力變送器采用不確定度0.075%；

溫度變送器采用不確定度0.2℃。

說明:

1.流出系數(shù)的不確定度

按檢定規(guī)程要求，在95%置信概率下，

  ，因測量次數(shù)為6，

則    

2.噴嘴前滯止壓力不確定度

  設(shè)壓力允差±0.075%,壓力在滿量程2/3處使用,按矩形分布考慮,

則     

3. 噴嘴前滯止溫度不確定度

    設(shè)溫度計允許誤差±0.2Co,氣體溫度為20 Co,則

4.       檢累計流量計時,計時器不確定度優(yōu)于0.001%容易達到.

5.       被檢流量計處壓力測量的不確定度

6.被檢流量計處溫度測量的不確定度

7.       合成標準不確定度

8.       裝置擴展不確定度

          取 k=2

八、配置清單

。

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