采用真空泵使氣體分別流經(jīng)高壓浮子流量計(jì)和音速噴嘴裝置，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)壓法實(shí)流標(biāo)定高壓氣體浮子流量計(jì)。此法彌補(bǔ)了鐘罩正吹法小口徑管路流量較小以及反吹法操作繁瑣，量程較小等缺陷，解決了高壓損氣體浮子流量計(jì)溯源難的問題。

浮子流量計(jì)主要用于氣體、液體的流量測量，由于其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療等各個行業(yè)。氣體浮子流量計(jì)的檢定裝置一般采用鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、活塞式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和皂膜式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

受裝置本身結(jié)構(gòu)的影響，以上 3 種方法可對低壓損氣體浮子流量計(jì)進(jìn)行溯源，對高壓損氣體浮子流量計(jì)往往做不到滿量程溯源。鐘罩反吹法能溯源高壓損浮子流量計(jì)，但反吹法限于鐘罩的容積，操作繁瑣且易造成鐘罩噴油。

本文嘗試采用標(biāo)準(zhǔn)表 ( 音速噴嘴) 法，通過真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，將高壓浮子流量計(jì)與音速噴嘴流量裝置進(jìn)行串聯(lián)，對比兩者流量值，從而實(shí)現(xiàn)對高壓損氣體浮子流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定。

1.流量標(biāo)準(zhǔn)裝置組成及工作原理

流量標(biāo)準(zhǔn)裝置組成如圖 1 所示，采用音速噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)表，音速噴嘴具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用廣泛。調(diào)整瞬時流量，將被檢浮子流量計(jì)與音速噴嘴裝置瞬時值進(jìn)行比對，從而達(dá)到實(shí)流標(biāo)定高壓浮子流量計(jì)的目的。

真空泵將空氣由被檢表的上游管段入口吸入，經(jīng)過被檢表前直管段、被檢表和被檢表下游直管段進(jìn)入滯止容器，在滯止容器的下游，有一組音速噴嘴，控制音速噴嘴下游的開關(guān)閥門，可以任意選擇所要開關(guān)的音速噴嘴，以達(dá)到改變被檢表流量的目的。滯止容器需要測溫測壓，代入公式計(jì)算可以得到通過音速噴嘴的質(zhì)量流量，亦即通過被檢表處的質(zhì)量流量。通過測量被檢表處的溫度和壓力，可以計(jì)算出空氣密度，進(jìn)而得到標(biāo)準(zhǔn)體積流量。

真空泵的能力應(yīng)滿足下列 2 個條件: ( 1) 真空泵所提供的流量應(yīng)大于被檢流量計(jì)的***大流量。 ( 2) 在測量過程中，真空泵所提供的真空度應(yīng)滿足音速噴嘴的臨界壓力比。

本裝置共配置 11 個音速噴嘴，整個測量范圍為 ( 1 ～ 1 600) m3 /h，擴(kuò)展不確定度為 0. 25% ( k = 2) ，配套設(shè)備如表 1 所示。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以 2. 5 級的金屬管浮子流量計(jì)為例，量程為30 ～ 300 m3 /h，DN50 管徑，***大耐壓1. 6 MPa，***大壓力損失為 19 kPa。如果采用鐘罩正吹法，以鐘罩內(nèi)壓根本吹不動該金屬管浮子流量計(jì)。

在負(fù)壓法音速噴嘴標(biāo)準(zhǔn)表法裝置試驗(yàn)該浮子流量計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示

3.不確定度分析

3.1建立數(shù)學(xué)模型

浮子流量計(jì)示值誤差可以表示為:

3. 3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3. 3. 1 流量計(jì)的測量重復(fù)性帶來的不確定度

取重復(fù)性***大點(diǎn)的重復(fù)性作為該流量計(jì)的重復(fù)性，由極差法確定該浮子流量計(jì)***大重復(fù)性引入的不確定分量為:u1 =0. 295%

3. 3. 2 標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)裝置為標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，擴(kuò)展不確定度 0. 25% ( k =2 ) ，所以不確定度分量為:u2 =0. 13%

3. 3. 3 溫度測量的不確定度

在本裝置中，溫度變送器的量程為 0 ～ 50 ℃ ，***大允許誤差為 ± 0. 2 ℃ ，氣體溫度為 20 ℃ ，則溫度變送器帶來的不確定度為:

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

3. 34 壓力測量的不確定度壓力變送器測量范圍為 80 ～ 110 kPa，準(zhǔn)確度為等級為 0. 075 級，按矩形分布考慮，則:u5 =u6 =ur ( p) =0. 075% =0. 043%

根據(jù)不確定度傳播率，不確定度分析如表 3所示。

3. 4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是互不相關(guān)的，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

c ( y) ≈0. 33%

3.5 擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

因主要分量中 qvs 和 qs 可視為正態(tài)分布，因此可取包含因子 k =2，則:U=0. 7%

4.結(jié)束語

從上述可以看出，本次實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驖M足高壓損浮子流量計(jì)的檢校，在實(shí)驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)一些待完善的地方，總結(jié)如下:

( 1) 流量調(diào)節(jié)。由于浮子流量計(jì)檢校是看浮子指示讀數(shù)，所以需要將浮子流量調(diào)整至浮子讀數(shù)，再讀取標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的瞬時量，從而進(jìn)行比較。而負(fù)壓標(biāo)準(zhǔn)表法裝置流量調(diào)節(jié)是通過噴嘴組合實(shí)現(xiàn)的，在調(diào)節(jié)流量過程中需要反復(fù)調(diào)整，不夠快捷。

( 2) 背壓比。由于噴嘴需要在一定背壓比下工作，當(dāng)高壓浮子流量計(jì)需要進(jìn)氣壓力過大，壓損過大時，會對真空泵造成很大負(fù)荷，需根據(jù)不同壓力選取不同功率的真空泵。

( 3) 高壓浮子流量計(jì)浮子上下跳動問題。有些高壓浮子流量計(jì)由于壓力關(guān)系在小流量區(qū)域浮子會幅度上下跳動，此時需加裝穩(wěn)流閥才能解決問題。