应用临界流喷嘴标准装置检测孔口流量计研究

一、概述

孔口流量计又称流量校准器，根据测量流量的大小分大、中和小流量校准器。它广泛用于环保部门粉尘、TSP、PM10等中小采样器的流量校准及环境监测中的大气采样器、总悬浮颗粒物采样器大流量的校准。而这些大气采样器等正是监测大气污染源的常用仪器，其监测的指标直接影响到日常公布的污染指数，故作为量传的上一级的流量校准仪器校准的准确性和检测方法至关重要，它直接影响到监测指数的准确性和可靠性。

二、孔口流量计工作原理及计算公式

孔口流量计利用的是差压式原理，计算公式由伯努利方程推导，其结构原理如图1所示。

三、校准曲线分析

根据孔口流量计的工作原理和理论计算式，只要准确地取出其压力信号（***终换算成流量值），输入温度和大气压，通过检测装置标定系数a和b，就可以检测出流量的误差。 我们分别用钟罩、临界流喷嘴标准装置和罗茨流量计作为标准，对武汉天虹智能仪表厂生产的已标定过的TH-150进行了检测试验， 孔口流量计选择的3个流量点分别为81.0L/min、95.0L/min和115.0L/min，试验数据如表1所示。

检测过程中，罗茨流量计是一段时间多次读数的平均值。尽管罗茨流量计是定点标定的仪表常数，但其结构的原理型式使之在小流量时回转不均匀，造成波动较大，。重复性较差。

另采用临界流喷嘴标准装置对系数a=0.2826的孔口流量计作了整个量程段的试验，试验数据如表2所示。

根据校准曲线分析，流量校准器流量的线性段比较窄， 在误差小于±0.5%内量程比约为3∶1， 超过这个量程比测量出来的流出系数不呈线性，误差存在不确定性。

四、流量校准器检测方法的探讨

检测流量校准器按HJ/T368-2007《标定总悬浮颗粒物采样器用的孔口流量计技术要求及检测方法》中的方式了两种：一种是罗茨（容积式）流量计；另一种是钟罩式气体流量标准装置，实验及理论分析证明这两种方法均存在缺陷。

1.钟罩式气体流量标准装置作为标准

采用钟罩气体流量标准装置检测与孔口流量计的使用状态相差较远。 使用时是负压， 校准时是正压， 且孔口流量计安装在管路中应有前后直管段的要求 （ 差压式流量计对直管段要求比较严格），

孔口流量计的入口是开放性的， 很难用同口径的管道接上， 由于前后管道直径的差异， 会给测量结果带来较大影响。 且正压方式和负压方式对孔口流量计的取压位置亦有很大区别， 会给压力修正带来较大误差。

2.罗茨流量计作为标准

采用罗茨流量计作标准表检测孔口流量计按HJ/T368-2007中要求罗茨流量计的误差小于±1%，孔口流量计的小于±2%，对于2σ的量传关系其可靠性不理想，根据误差理论至少应达到3σ。 据了解，用罗茨流量计作为标准装置，其装置结构中缺少稳压措施，流量计的显示值波动很大，特别是较小的流量，其平均值（或累积） 的计算都会产生很大的不确定性。 故JJG633-2005《容积式流量计检定规程》中将分界流量以下的误差放大1倍，即1.0级的罗茨流量计的小流量误差允许为±2%。 因此，用罗茨流量计检测孔口流量计的方法值得商榷。

3.临界流喷嘴标准装置作为标准

目前，许多计量部门已建立临界流喷嘴标准气体流量标准装置，用来检测各种容积式（罗茨）、速度式等气体流量计。 采用临界流喷嘴标准装置检测孔口流量计其量传关系成立，大孔口、中孔口流量计的直径分别为75mm和35mm，与负压装置的80mm和40mm口径近似对应，且孔口本身有一段直管段，检测的可靠性高，附加影响小，亦可根据其直径专门做一段直管段。 其量传关系及适用性如表3所示。

从表3可看出， 孔口流量计的误差至少应不超±1%，否则不符合量值溯源关系。

五、小结及今后研究方向

1.孔口流量计主要用于环保部门对现场使用的大气采样器进行期间核查，而孔口流量计的生产厂家良莠不齐，产品质量优劣不一，计量部门检测只能出具校准证书而无依据判定是否合格。 故对用于环保的孔口流量计急需拟定计量检定规程， 以淘汰质量差、使用不稳定的计量器具。

2.孔口流量计由于其携带方便 ，校准直接 ，安装在采样器特殊接口上简便， 已经广泛用于大气类采样器的检测， 属于量大面广的器具。 通过近两年应用临界流喷嘴标准装置检测流量校准器的数据分析及与其他装置检测结果比较， 负压装置更加适应孔口流量计的检测， 应将其纳入检定规程或行业规范中。

3.完善 、统一量传关系及检测方法 ，并进行不确定度分析。

4.研究孔口的制造标准，使孔口的加工标准化。