项目名称：DN150气体流量标准装置     

二、                      装置主要技术指标

1、装置型式：负压法临界流气体流量标准装置 。

2、可测流量范围：（1～1500）m3/h  (当地大气压条件下)

3、被检流量计口径：DN150

4、音速喷嘴不确定度： Urel=0.2％,k=2

5、装置扩展不确定度：Urel =0.33％,k=2

6、压力变送器：±0.075%

7、温度变送器：允差小于0.2℃ 0-50℃

8、       装置工作压力：106kPa～60kPa(绝压)

9、       压力波动：<20pa

 10、工作介质：洁净空气

 11、耗能最大功率：AC380V(65KW);

三、DN150气体流量标准装置参照的主要标准

1）、ISO9300：1990   《采用临界流文丘里喷嘴的气体流量测量》

2）、JJF 1240-2010   《临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置校准规范》

3）、JJG643—2003    《标准表法流量标准装置》计量检定规程

4）、JJG620—2008    《临界流流量计》计量检定规程

四、装置方案概述

   1、装置的结构组成

    临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置(以下简称装置)由4部分组成。第一部分为气源部分,即水环真空泵,稳压罐等。第二部分为标准部分,DN150口径流量（1m3/h～1500m3/h）主要由滞止容器和安装在滞止容器内的临界流文丘利喷嘴(以下简称喷嘴)以及测量喷嘴上、下游的压力变送器和温度变送器、选择喷嘴流量的密封阀等组成。第三部分为安装被检流量计的试验管道部分,这部分主要由被检流量计的前、后直管段、气动伸缩器、被检表的测温和测压仪表等。第四部分为微机数据处理部分,这部分主要包括：工控计算机、控制柜和打印机等。

   2、装置的工作原理

2．1 临界流文丘利喷嘴的基本原理

滞止容器内的临界流文丘利喷嘴(以下简称喷嘴)为整套装置的核心部分。喷嘴是个孔径逐渐减小的流道,孔径最小的部分称为喷嘴的喉部,在喉部的后面有孔径逐渐扩大的流道。喷嘴与亚音速喷嘴(喉部流速低于音速)的主要区别为亚音速喷嘴的流量不仅与上游压力有关而且与下流压力有关,流出系数不仅与雷诺数有关还与马赫数有关,所以准确度提高很困难。而本装置的喷嘴,由于喉部气流速度达到音速,马赫数等于1,因此流量只与上游压力和温度有关,流出系数只与雷诺数有关。正是应用这原理，采用喷嘴为标准装置的标准表，作为流量标准使用，与被检流量计比对，从而得到被检流量计的误差。

装置DN150口径流量（1m3/h～1500m3/h）的喷嘴采用入口上游大空间安装方式，当在喷嘴轴线或入口平面5倍喷嘴喉径的空间内无器壁时，视为喷嘴的上游是一个大空间，并在喷嘴轴线方向据入口平面10倍喷嘴喉径的位置测压，在滞止容器上均匀取点测温。

  2.2 临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置的结构

装置工作时,用真空泵将空气由被检表的上游直管段入口吸入,空气流过测试管段和被检流量计,进入滞止容器,流经临界流文丘里喷嘴组后,经背流管流入储气罐。根据检定流量的大小,系统自动控制选择阀组和喷嘴,按不同的喷嘴组合方式确定所需的检定流量。在检定过程中,微机系统自动控制喷嘴组前、后的气体压差,使喷嘴气体流速达到临界流,同时采集喷嘴前的气体压力和温度,计算出标准的累积流量q′m,并按有关的检定规程,将它与采集到的被检流量计的指示值进行比较和计算,即可得到被检流量计在不同流量点的基本误差和重复性误差。

qmi 为通过第i个临界喷嘴的气体质量流量； n 为所选喷嘴的个数

2.3装置流量计算公式

　  2.3.1临界压力比

在理想条件下,从理论上可导出临界压力比的计算公式:

k为气体的比热容;

p1为喷嘴的下游出口压力;

p0为喷嘴的上游入口滞止压力。

对于空气,k=1.4,     p1/p0=0.528

2.3.2　理想条件下的质量流量

在理想条件下,文丘里喷嘴的质量流量公式:

qmi为文丘里喷嘴在理想条件下的质量流量（kg/s）;

A*为文丘里喷嘴的喉部面积（m2）;

C*i为气体在理想条件下的临界流函数。

为通用气体常数(J.mol-1 . K-1)

2.3.3  实际条件下的质量流量

在实际条件下,文丘里喷嘴的质量流量公式:

qm为文丘里喷嘴在实际条件下的质量流量,kg/s;c*为气体在实际条件下的临界流函数,假定气体为一维、等熵流动,利用实际气体的热力学性质表,可用计算机计算出来;c为流出系数,是对“一维、等熵流动"等假设条件的修正。

   3、装置的主要设备

     1）装置由一套独立的系统组成： DN150。

    装置流量范围：1-1500m3/h;分布为一条检定台位,包括前直管段前后直管段、气动夹表器、升降台、压力变送器、温度变送器。

     装置喷嘴组合：

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

2）       整个装置配两台水环真空泵并配气动碟阀两个.

3）       变频器两台

4）       滞止容器、背压容器、11个临界流文丘里喷嘴，11套密封阀组，2台绝压变送器和2台温度变送器。

5）       缓冲罐一个（1m3）

6）       变频控制柜

7）       空压机1台（380v、三相）、储气罐1个（0.3m3）

8）       控制系统：工控机（中国台湾研华 IPC-610）、显示器(联想)、激光打印机（联想）、软件配置（系统自检程序、建立和修改基础数据库程序、流量计检定程序、流量计检定结果数据库）

五、标准器选用

装置是采用负压的方法,气源为两台水环真空泵。首先将大气中的空气吸入试验管道,气流通过被检流量计进入滞止容器。并按照ISO9300及JJG620-1994规程规定设计出测量喷嘴上游滞止压力、滞止温度的位置。

检定台位管路按照前直管段20D，后直管段5D。管路的内径和圆度测量方法原则上按照GB2624中条款规定的计算方法执行。

检定台位的分布，按照工作场地的尺寸，以合理化及人性化设计，充分考虑到检定员在检定过程中空间的舒适度，检定台的尺寸也是按照被检流量计的检定规程中所要求的尺寸进行设计。通过调节检定台处的升降台，实现夹表器、备件表及前后直管段达到同轴。

被检表前的压力、滞止容器压力，背流管的压力测量根据JJG198-94《速度式流量计检定规程》，被检表前的压力测量点在流量计上游多点测量，滞止容器的取压位置应在喷嘴轴线方向入口平面10倍喷嘴喉径的位置。

六、装置的特点 

    1、真空泵合理搭配 ：两台水环真空泵，可满足1-1500m3/h流量并且节约能源。按照要检定流量的数值可以选择开启真空泵的数量。 

    2 、检测效率高：由于用文丘里音速喷嘴作标准器，无可动原件，可靠性高。若被检测产品的质量稳定，一般检测一台流量计在0.5 h 以内。

    3 、夹表台及夹表器的设计，以达到夹表平稳、方便可靠及各个机构同轴。

    4 、喷嘴易于装卸维护：喷嘴与下游背流管处安装有伸缩机构,方便喷嘴的装卸。  

七、装置的不确定度

装根据气体动力学原理，当气体通过临界流文丘里喷嘴时，喷嘴上、下游气流压力比达到某一特定数值的条件下，在喷嘴喉部形成临界流状态，气流达到最大速度（音速）。流过喷嘴的气体质量流量也达到最大值。此时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。流经音速喷嘴的质量流量可按下式计算：

             （1-1）

                    累计体积流量为  

式中：—通过临界流文丘里音速喷嘴在实际条件下的质量流量；

—音速喷嘴喉部的截面积；

—音速流喷嘴的流出系数；

—实际气体的临界流函数；

—喷嘴前气体的绝对滞止压力；

—喷嘴前气体的绝对滞止温度；

—气体常数

根据流量计算公式（1-1）,由于在检定和使用时喷嘴喉部截面积、临界流函数、气体常数不变，因此这几项的不确定度可以忽略。置不确定度只和喷嘴流出系数 、喷嘴前滞止压力、喷嘴前滞止温度、被检流量计处温度、被检流量计处压力 、计时器等因素有关。

喷嘴按ISO9300要求精加工处理，不确定度可达0.2%；

压力变送器采用不确定度0.075%；

温度变送器采用不确定度0.2℃。

说明:

1.流出系数的不确定度

按检定规程要求，在95%置信概率下，

  ，因测量次数为6，

则    

2.喷嘴前滞止压力不确定度

  设压力允差±0.075%,压力在满量程2/3处使用,按矩形分布考虑,

则     

3. 喷嘴前滞止温度不确定度

    设温度计允许误差±0.2Co,气体温度为20 Co,则

4.       检累计流量计时,计时器不确定度优于0.001%容易达到.

5.       被检流量计处压力测量的不确定度

6.被检流量计处温度测量的不确定度

7.       合成标准不确定度

8.       装置扩展不确定度

          取 k=2

八、配置清单

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十、产品彩页