专利名称：一种大流量气体管道均速管流量计风洞校验方法
技术领域：
本发明涉及流量计校验技术，特别涉及一种适合于大流量气体管道均速管流量计的风洞校验方法。
背景技术：
插入式均速管流量计的校验方法可分为二种流量计法和流速计法。流量计法是对整台传感器，包括测量头、插入杆、插入机构、转换器和测量管道(仪表壳体)进行较验。一般的气体流量标准装置是按流量计法设计的，其实验方法可分为容积法、质量法、标准流量计法和速度面积法。其中对于流量较大的情况，较为典型的装置有钟罩式气体流量装置、PVTt法气体流量标准装置、Mt法气体流量标准装置和音速喷嘴。
钟罩式气体流量装置是检定气体流量传递标准和气体流量仪表的主要设备之一，在国内外已经大量使用。这种装置的工作压力一般小于10000Pa，最大流量由钟罩的体积及测试技术决定，目前国内定型产品的钟罩容积有50～10000L之间多种规格，测量的最大流量可达4500m3/h，装置不确定度一般优于±0.5％，最高可达±0.2％。PVTt和Mt法气体流量标准装置通常用来检定作为传递标准的音速喷嘴，也可检定其它高精度的流量计，流量范围约在2.3×10-5～5kg/s，装置不确定度优于±0.1％。标准流量计法气体流量装置是校验气体流量计的常用装置，由于它使用方便，校验费用省，所以深受用户的欢迎，是一种很有发展前途的流量标准装置。音速喷嘴是标准表的一种，由于它精度高、复现性好，是近年来发展较快的传递标准。音速喷嘴流量校验装置往往是并联多只音速喷嘴来校验流量仪表的。PTB(德国物理技术研究院)采用并联16只音速文丘里喷嘴来校验工业煤气表和其它气体流量仪表。它有5个口径从100mm到400mm的输入头法兰可以连接到实验管路，可产生数千种50～5500m3/h的不同流量，以校验试验管路上的总量仪表或流量仪表。装置的相对不确定度为±0.06％。这几种气体流量标准装置从其用途、参数(流量)范围和造价来看都不适合作为大口径、大流量管道气体流量计的校验标准装置。
对于大流量气体管道流量计的校验来说，以风洞作为流量标准装置是可行的。风洞试验段/工作段内流速可以认为是均匀分布，因此只要用皮托管等流速测量方法测量工作段某点的流速就可以根据流速和流通面积的乘积得到准确的流量。风洞出口连接校验管道，该管道设计足够的长度以保证充分发展管流的形成。被校流量计插入充分发展管流试验段，管道内的标准流量由前部的风洞来确定，就可以进行流量计校验了。但是，这里有几个问题(1)应用这种方法，实验管道直径应与实际管道相对应，校验不同尺寸的流量计时要更换实验管道，非常麻烦；(2)如此多的实验管道需要大量的投资，并需要占用很大的实验室面积；(3)对于超大口径管道，例如直径2.8m，为保证管内流动充分发展，需要直管段长度超过100m，无论从场地和投资来说都是不现实的。
流速计法是流量校验的另外一种方法，该方法中仅校验传感器的测量头，把测量头作为一台流速计来校验。首先测得测量头的流速仪表系数，然后根据现场的流体及管道条件(主要为流速分布)确定几个修正系数(速度分布修正系数、阻塞系数及干扰系数)和管道横截面面积推算流量计的仪表系数(流量仪表系数)。这种方法的优点是(1)校验设备较易解决.日常校验费用低廉.在长期校验资料的积累下可能予以标准化；(2)流速计法各修正系数有许多资料可参考。流速计法的校验设备为低速风洞。低速风洞由收缩段、试验段、扩散段和驱动装置(风扇)等组成。测量头插于试验段静止不动。风机产生一定流速的气流吹过测量头。气流标准流速一般用皮托管确定。改变气流流速求得流速与仪表信号关系即可确定测量头的流速仪表系数。
发明内容
本发明的目的是要解决大口径、大流量气体管道均速管流量计的校验问题。提供一种大流量气体管道均速管流量计风洞校验方法，涉及一个校验风洞和一个含有风洞试验段和充分发展管流试验段两个校验段的速度分布修正系数测试系统，完成流量系数的测定。
本发明采用的技术方案是1、一种大流量气体管道均速管流量计风洞校验方法，被校流量计在风洞试验段内进行测试，获得流量计流速系数，然后结合速度分布修正系数得到流量计流量系数；2、校验设备为一低速风洞，风洞工作段作为流量计校验的试验段；空气经风洞入口、蜂窝器、阻尼网、稳定段和风洞收缩段整流后进入风洞试验段，风洞试验段截面速度分布非常均匀，因此，将一只皮托管和被校流量计同时插入风洞试验段。由于用皮托管可以得到准确风速，根据微差压变送器输出的被校流量计差压，就可以得到被校流量计的流速系数；得到流速系数后，根据实际管道雷诺数确定管道速度分布修正系数，结合流量计所测管道内径就能计算得到流量计的流量系数。
3、速度分布修正系数的确定是本方法中的一个关键问题，该校验方法实施过程中，需对每一种类型的均速管流量计建立速度分布修正系数曲线或数据库；速度分布修正系数曲线测定过程在流量计速度分布修正系数测试系统上进行；流量计速度分布修正系数测试系统中风洞主体作为流量标准装置，同时也提供风洞试验段；空气由风洞入口进入系统，在风洞试验段内流速是均匀分布，只要测出流速就能根据流速面积法得到准确的流量；相同的流量情况下，被校流量计分别在风洞试验段和充分发展管流试验段进行测量，得到被校流量计在两个试验段内的差压输出，即可获得速度分布修正系数；几何相似的流量计，在相同的雷诺数下其速度分布修正系数相同。
本发明具有的有益效果是(1)本发明中风洞截面可以为圆形也可以是矩形，可以校验管道直径300mm以上(甚至直径3m以上的超大管道)的流量计，流量可以达到100万立方米/小时以上，能够满足大多数大流量工程管道流量计校验的要求。而且，这种方法中，无论流量计长度如何，只要小于风洞截面尺寸，就可以插入校验段中进行测试，设备通用性极好。
(2)速度分布修正系数实验系统中设有风洞试验段和充分发展管流试验段两个校验段，相同的流速(即流量)情况下，被校流量计分别在风洞试验段和充分发展管流试验段进行测量，从而获得速度分布修正系数。采用这种方法得到的速度分布修正系数准确度高，数据可信程度高。
图1是大流量气体管道均速管流量计风洞校验系统示意图图2是流量计速度分布修正系数测试系统示意中1-蜂窝器；2-阻尼网；3-稳定段；4-风洞收缩段；5-风洞试验段；6-皮托管；7-微差压变送器；8-被校流量计；9-风洞扩张段；10-安全网；11-轴流风机；12-风洞试验段；13-皮托管及微差压变送器；14-直管段；15-充分发展管流试验段；16-被校流量计；17-标准流量计；18-风洞主体。
具体实施例方式
本发明提出了一种大口径、大流量气体管道流量计风洞校验方法。具体实施过程如下根据流量计校验尺寸需要建立风洞，该风洞与一般直流式低速流体力学风洞要求相同，风洞工作段作为流量计校验的试验段。如图1所示，在轴流风机11的作用下，空气进入风洞后经蜂窝器1、阻尼网2、稳定段3和风洞收缩段4整流后进入风洞试验段5。风洞试验段5截面速度分布非常均匀，因此，将一只皮托管6和被校流量计8同时插入风洞试验段，通过微差压变送器7就可以测量出输出的差压，从而得到空气流速并得到被校流量计的流速系数。其中，风洞扩张段9的作用是保证流动的稳定性，安全网10是为了防止异物进入到轴流风机11。
风洞和实际管道截面流速分布是不同的，风洞中流场可以认为是均匀分布，而实际管道中流动是充分发展的湍流流动，其流速分布符合充分发展管流流动的流速分布，这种影响采用速度分布修正系数进行修正。这样，根据流量计的流速系数、速度分布修正系数就可以确定流量计流量系数，从而实现流量计的校验。采用这种方案，无论流量计长度如何，只要小于风洞截面尺寸，就可以插入校验段中进行测试。这样，当风洞工作段直径为D风洞时(假如风洞截面为圆形)，就可以校验配2D风洞的流量计(因为大口径管道中，流量计是半插入的)。与传统气体流量校验技术相比，该方法校验流量大大提高，解决了流量校验中的一个难题。
速度分布修正系数测定过程如下速度分布修正系数实验系统如图2所示，该系统由风洞主体18和其后所接直管段两部分组成。风洞作为流量标准装置，同时也提供风洞试验段。即系统设有风洞试验段12和充分发展管流试验段15两个试验段。空气由风洞入口进入系统，在风洞试验段12内流速均匀分布，只要用皮托管及微差压变送器13测量风洞试验段12内的流速就可以根据流速面积法得到准确的流量。随后，气流进入直管段14，并形成管内充分发展段流动。相同的流速(即流量)情况下，被校流量计16分别在风洞试验段12(如虚线所示的被校流量计)和充分发展管流试验段15内进行测量，得到流量计在两个试验段内的差压输出，即可获得速度分布修正系数。标准流量计17可提供速度面积法风洞流量测量准确度的验证工作。几何相似的流量计(包括开孔位置相似)，在相同的雷诺数下其速度分布修正系数相同。
得到流速系数和速度分布修正系数后，结合流量计所测量的管道内径就可以计算得到流量计的流量系数。
权利要求
1.一种大流量气体管道均速管流量计风洞校验方法，其特征在于被校流量计在风洞试验段内进行测试，获得流量计流速系数，然后结合速度分布修正系数得到流量计流量系数。
2.根据权利要求1所述的一种大流量气体管道均速管流量计风洞校验方法，其特征在于校验设备为一低速风洞，风洞工作段作为流量计校验的试验段；空气经风洞入口、蜂窝器(1)、阻尼网(2)、稳定段(3)和风洞收缩段(4)整流后进入风洞试验段(5)，风洞试验段截面速度分布非常均匀，因此，将一只皮托管(6)和被校流量计(8)同时插入风洞试验段，由皮托管(6)可以得到准确风速，根据微差压变送器(7)输出的被校流量计差压，就可以得到被校流量计的流速系数；得到被校流量计的流速系数后，结合速度分布修正系数和流量计所测的管道内径就可以计算得到流量计的流量系数。
3.根据权利要求1所述的一种大流量气体管道均速管流量计风洞校验方法，其特征在于速度分布修正系数的确定是本方法中的一个关键问题，该校验方法实施过程中，需对每一种类型的均速管流量计建立速度分布修正系数曲线或数据库；速度分布修正系数曲线测定过程在流量计速度分布修正系数测试系统上进行；流量计速度分布修正系数测试系统中风洞主体(18)作为流量标准装置，同时也提供风洞试验段(12)；空气由风洞入口进入系统，在风洞试验段(12)内流速是均匀分布，只要测出流速就能根据流速面积法得到准确的流量；相同的流量情况下，被校流量计分别在风洞试验段(12)和充分发展管流试验段(15)进行测量，得到被校流量计在两个试验段内的差压输出，即可获得速度分布修正系数；几何相似的流量计，在相同的雷诺数和管道相对粗糙度下其速度分布修正系数相同。
全文摘要
本发明公开了一种大流量气体管道均速管流量计风洞校验方法。被校流量计在风洞试验段内进行测试，获得流量计流速系数，然后结合速度分布修正系数得到流量计流量系数。这种校验方法中，无论流量计长度如何，只要小于风洞截面尺寸，就可以插入校验段中进行校验，设备通用性好。速度分布修正系数需要在专门的实验系统上通过实验进行测定和数据库积累。速度分布修正系数实验系统中设有风洞试验段和充分发展管流试验段两个校验段，相同流量的情况下，被校流量计分别在风洞试验段和充分发展管流试验段内进行测量，从而获得速度分布修正系数。本发明得到的速度分布修正系数准确度高，数据可信程度高。
文档编号G01M9/02GK101034033SQ20071006673
公开日2007年9月12日 申请日期2007年1月16日 优先权日2007年1月16日
发明者张洪军, 苏中地, 田亚农, 谢文 申请人:中国计量学院