负压法实流标定高压损气体浮子流量计的实验研

采用真空泵使气体分别流经高压浮子流量计和音速喷嘴装置，从而实现负压法实流标定高压气体浮子流量计。此法弥补了钟罩正吹法小口径管路流量较小以及反吹法操作繁琐，量程较小等缺陷，解决了高压损气体浮子流量计溯源难的问题。

浮子流量计主要用于气体、液体的流量测量，由于其结构简单、使用方便、价格便宜，广泛应用于工业、医疗等各个行业。气体浮子流量计的检定装置一般采用钟罩式气体流量标准装置、活塞式气体流量标准装置和皂膜式气体流量标准装置。

受装置本身结构的影响，以上 3 种方法可对低压损气体浮子流量计进行溯源，对高压损气体浮子流量计往往做不到满量程溯源。钟罩反吹法能溯源高压损浮子流量计，但反吹法限于钟罩的容积，操作繁琐且易造成钟罩喷油。

本文尝试采用标准表 ( 音速喷嘴) 法，通过真空泵产生负压，将高压浮子流量计与音速喷嘴流量装置进行串联，对比两者流量值，从而实现对高压损气体浮子流量计进行实流标定。

1.流量标准装置组成及工作原理

流量标准装置组成如图 1 所示，采用音速喷嘴作为标准表，音速喷嘴具有结构简单、体积小、性能稳定、重复性好、精度高等优点应用广泛。调整瞬时流量，将被检浮子流量计与音速喷嘴装置瞬时值进行比对，从而达到实流标定高压浮子流量计的目的。

真空泵将空气由被检表的上游管段入口吸入，经过被检表前直管段、被检表和被检表下游直管段进入滞止容器，在滞止容器的下游，有一组音速喷嘴，控制音速喷嘴下游的开关阀门，可以任意选择所要开关的音速喷嘴，以达到改变被检表流量的目的。滞止容器需要测温测压，代入公式计算可以得到通过音速喷嘴的质量流量，亦即通过被检表处的质量流量。通过测量被检表处的温度和压力，可以计算出空气密度，进而得到标准体积流量。

真空泵的能力应满足下列 2 个条件: ( 1) 真空泵所提供的流量应大于被检流量计的***大流量。 ( 2) 在测量过程中，真空泵所提供的真空度应满足音速喷嘴的临界压力比。

本装置共配置 11 个音速喷嘴，整个测量范围为 ( 1 ～ 1 600) m3 /h，扩展不确定度为 0. 25% ( k = 2) ，配套设备如表 1 所示。

2.实验结果

以 2. 5 级的金属管浮子流量计为例，量程为30 ～ 300 m3 /h，DN50 管径，***大耐压1. 6 MPa，***大压力损失为 19 kPa。如果采用钟罩正吹法，以钟罩内压根本吹不动该金属管浮子流量计。

在负压法音速喷嘴标准表法装置试验该浮子流量计，实验结果如表 2 所示

3.不确定度分析

3.1建立数学模型

浮子流量计示值误差可以表示为:

3. 3 标准不确定度评定

3. 3. 1 流量计的测量重复性带来的不确定度

取重复性***大点的重复性作为该流量计的重复性，由极差法确定该浮子流量计***大重复性引入的不确定分量为:u1 =0. 295%

3. 3. 2 标准装置的不确定度

标准装置为标准表法气体流量标准装置，扩展不确定度 0. 25% ( k =2 ) ，所以不确定度分量为:u2 =0. 13%

3. 3. 3 温度测量的不确定度

在本装置中，温度变送器的量程为 0 ～ 50 ℃ ，***大允许误差为 ± 0. 2 ℃ ，气体温度为 20 ℃ ，则温度变送器带来的不确定度为:

0. 1u3 =u4 =ur ( T) =293 × 100%=0. 034%

3. 34 压力测量的不确定度压力变送器测量范围为 80 ～ 110 kPa，准确度为等级为 0. 075 级，按矩形分布考虑，则:u5 =u6 =ur ( p) =0. 075% =0. 043%

根据不确定度传播率，不确定度分析如表 3所示。

3. 4 合成标准不确定度计算

以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以合成标准不确定度为:

c ( y) ≈0. 33%

3.5 扩展标准不确定度计算

因主要分量中 qvs 和 qs 可视为正态分布，因此可取包含因子 k =2，则:U=0. 7%

4.结束语

从上述可以看出，本次实验能够满足高压损浮子流量计的检校，在实验过程中还发现一些待完善的地方，总结如下:

( 1) 流量调节。由于浮子流量计检校是看浮子指示读数，所以需要将浮子流量调整至浮子读数，再读取标准流量计的瞬时量，从而进行比较。而负压标准表法装置流量调节是通过喷嘴组合实现的，在调节流量过程中需要反复调整，不够快捷。

( 2) 背压比。由于喷嘴需要在一定背压比下工作，当高压浮子流量计需要进气压力过大，压损过大时，会对真空泵造成很大负荷，需根据不同压力选取不同功率的真空泵。

( 3) 高压浮子流量计浮子上下跳动问题。有些高压浮子流量计由于压力关系在小流量区域浮子会幅度上下跳动，此时需加装稳流阀才能解决问题。