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涡街流量计在音速喷嘴法气体流量标准装置检定

发表时间:2021-01-06

1.检定原理

装置以音速喷嘴为标准器,通过真空泵和阀门调节空气流量,待流态稳定时,使气体在相同时间间隔内连续通过喷嘴和被检流量计,结合温度、压力、湿度等参数,计算并记录两者累计流量,依照流量计相应检定规程JJC1029-2007《涡街流量计检定规程》要求计算出被检流量计单次测量示值误差。通过对流量计多点多次测量和计算,确定被检流量计误差和重复性等计量性能,判定该流量计是否合格。


2.测量模型

根据气体动力学原理,当气体通过临界流喷嘴时,当喷嘴上、下游压力比达到某一特定条件后,在喷嘴喉部形成临界流状态,气流达到ZUI大速度(音速)。流过喷嘴的气体质量流量也达到ZUI大值qm。此时qm只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关,而不受其下游状态变化的影响。流经喷嘴的质量流量qm可按下式(1)计算,流经喷嘴的工况体积流量可按(2)计算:

QQ截图20210106153457.jpg

式中:qm一通过喷嘴在实际条件下的质量流量;

qv一通过喷嘴在实际条件下的体积流量;

A*一喷嘴喉部的截面积;

Cd一喷嘴的流出系数;

C*一实际气体的临界流函数;

Po一喷嘴前气体的绝对滞止压力

T0一喷嘴前气体的绝对滞止温度

pn一被检流量计处的气体压力

Tn一被检流量计处的气体温度

Zn一被检流量计处的气体压缩系数

KRH一湿空气体积流量的湿度修正系数;

R一通用气体常数

M一气体摩尔质量。

累积质量流量公式

QQ截图20210106153536.jpg

式中:t一累积测量时间;

(1)、(2)、(3)式即为音速喷嘴法气体流量标准装置流量计算的基本公式,流量测量的不确定度分析也以此为基础。


3.涡街流量计在本气体标准装置检定的不确定度分析

(1)测量模型

用音速喷嘴法气体流量标准装置检定涡街流量计时,流量计仪表系数K

每个流量点仪表系数为

QQ截图20210106153610.jpg

式中:n—第i流量点检定次数。

(2)A类不确定度(DN100,精度等级为1.0级的涡街流量计在Qmin流量点处)

以某一DN100,精度等级为1.0级涡街流量计为例在气体流量标准装置上进行检定,在Qmin流量点:得到仪表系数值为1007.6、1007.5、1006.9、1005.3、1005.6、1005.7、1006.9、1005.5、1007.5、1007.4

则平均值K=1006.4

单次测量的实验标准差

QQ截图20210106153650.jpg

实际测量次数为m=3,

QQ截图20210106153710.jpg


(3)B类不确定度(DN100,精度等级为1.0级的涡街流量计在Qmin流量点处)

①根据中国计量科学研究院出具的检定证书,本套装置的测量范围:DN(25~200)mm,(1~5000m³/h,扩展不确定度为U。=0.30%(k=2),即通过喷嘴的气体质量流量qm带来标准不确定度为

u(qm)=Uc/2=0.15%

②被测流量计处的温度测量引入的不确定度uTn)

温度变送器的ZUI大允许误差为±0.05℃,按均匀分布考虑,则有

QQ截图20210106153742.jpg

灵敏系数

QQ截图20210106153805.jpg

③空气压缩因子的标准不确定度u(Zn)

在计算中采用回归公式确定空气的压缩因子,其回归误差小于0.015%,按均匀分布考虑,则有

QQ截图20210106153852.jpg

灵敏系数

QQ截图20210106153927.jpg


④被测流量计处压力引人的测量不确定度u(Pn)

压力表(表压)选用量程10kPa、准确度等级0.075级。其ZUI大允许误差±7.5Pa,按均匀分布考虑,则有

QQ截图20210106154002.jpg

灵敏系数

QQ截图20210106154043.jpg

QQ截图20210106154121.jpg

因此,涡街流量计在本气体标准装置检定的合成不确定度为:

QQ截图20210106154151.jpg

其相对扩展不确定度为:

QQ截图20210106154356.jpg


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