专利名称：：一种正压法音速喷管气体流量计校准装置及应用方法
技术领域：
：本发明属于流量计校验
技术领域：
，特别涉及一种正压法音速喷管气体流量计校准装置及应用方法。
背景技术：
：目前，国内外开展气体和蒸汽流量校准装置主要有PVTt法，高精度容积式流量计标准表比较法，音速文丘里喷嘴法、钟罩法和称重法。其中PVTt法和称重法价格昂贵，结构复杂，多用于研究机构。钟罩法在低压条件下校准各类气体流量计，不适合于校准高压使用条件下的流量计。高精度进口容积式流量计价格昂贵，且准确度易发生变化，维护困难。音速喷嘴法结构简单可靠，无可动部件，性能稳定，流出系数可根据外形尺寸来实测或实流标定、精度可达0.2%以上，能够准确地调节，控制流量。利用音速喷嘴作标准表的校准装置按气源压力不同，可分为正压法和负压法两种。负压法由于上游最大压力为大气压力，所以范围受到限制，但稳定性好。正压法容易实现较宽的流量范围，具有不同压力点下的试验能力，更接近于实况测量。釆用正压法的装置系统庞大，投资和运行成本巨大，国内大部分计量测试部门选用的气源类型为负压法，正压法为数不多。本发明采用正压法，可以适用于不同压力气源进行检测，节省能源，另外将空气和蒸汽流量计校准装置合二为一，适当的减小了装置的体积，减少投资和运行成本，操作简单。
发明内容为了解决上述气体和蒸汽流量校准装置存在的缺点，发明了一种正压法音速喷管气体流量计校准装置及应用方法。该装置包括过滤罐、除湿罐、储气罐、三管路稳压调节器、稳压罐、滞止容器、10支文丘里音速喷管组和计算机，在输送气源管路上设置两种不同压力的气源管路进行切换供气的双气源结构；在储气罐和稳压罐之间设置三管路稳压调节器。在高压气体管入口处和低压气体管入口处分别安装球阀，球阀上面安装有电磁阀，电磁阀连接计算机，用于调节阀门的开关，以实现不同压力的气源切换，高压气体管和低压气体管同时连接在输送气源管路上。在储气罐和稳压罐之间设置三管路稳压调节器釆用粗、中、细三种不同口径的管路并行连接在储气罐和稳压罐之间，每支管路上面分别安装有球阀，球阀上面安装有电磁阀，电磁阀连接计算机，由计算机控制电磁阀，再由电磁阀控制球阀，进而调节球阀的开度，从而自动调节气体的流量和压力，提高调压速度，减小波动性，尽快实现设定值。运用该装置通过空气介质校验蒸汽流量计按如下步骤进行a、确定空气一蒸汽流量换算多项式尺z-az=/:a.-("+w:,+fC,v+^^)，其中/::为蒸汽介质/:系数、/^为空气介质夂系数、^/w为模拟蒸汽介质a:系数，a:系数为单位体积的流体流过流量计时，流量计发出的脉冲数；B、将该校准装置的压力控制在(0.3土0.0015)MPa范围内，温度控制在(144.5±0.5)t范围内，测量出/^和《,将/^'和《，代入空气一蒸汽流量换算多项式，求出C、将所求得&与JJG1029-2007涡街流量计检定规程进行对比，确定被校表的精度。确定空气一蒸汽流量换算多项式的方法按如下步骤进行步骤1、该装置的被校表选择公称管径DN50或DN32、DN40,DN80或DN65，DNIOO，DN150，DN200五个规格的准确度等级优于l.O级的涡街流量计，通过冷凝称重装置进行校准，校准用蒸汽的温度变化应不超过士0.5'C;压力波动应不超过土0.5V按照JJG1029-2007涡街流量计检定规程要求获取量程范围内至少4个校准流量点的《系数，其中最小流量点QMIN、最大流量点QMAX、0.2倍的最大流量点0.2Qmax、0.4倍的最大流量点0.4Qmax必须获取，计作/^,其中i-l，2，3，4。其中尺系数为单位体积的流体流过涡街流量计时，流量计发出的脉冲数。步骤2、由于10支文丘里音速喷嘴组测量出来的是气体的质量，而K系数为单位体积内流体流过涡街流量计时，流量计发出的脉冲数，所以需要计算出流体密度，将IFC1967公式输入空气介质的气体流量计校准装置数据处理程序，计算出蒸汽压力P-016.55MPa范围任一饱和蒸汽和过热蒸汽温度r条件下的蒸汽比容，比容的倒数即为密度。尸,.層——一一3P'2(53,;c18+S,2;c10)—4尸'3(5"x25+5421|4)_5尸'4(551132+S52x28+5jc24)—[6《.-7(5S1+^")][/V6+叫,jc54+朋幻x27]-2+11(*)'0(5W+s9l;c+5g2x2++S94+S95x5+596)-[4dx12+V赋.-4-气x"]-2-[5C+s")〗[p;5+bb7lx'9]-2(i)公式(1)中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中7;为蒸汽的临界温度，尸,为蒸汽的临界压力，、为蒸汽的临界比容，r为饱和蒸汽和过热蒸汽温度，？为蒸汽压力，v为蒸汽的相对比容。公式(i)中<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>步骤3、根据相似理论，通过冷凝称重装置的校准介质状态为模拟对象，其介质为温度144.5°C表压力0.3MPa的微过热蒸汽，将本气体流量计校准装置的蒸汽流量计校准压力固定为0.3MPa表压。步骤4、选择步骤l中的涡街流量计，在空气介质气体流量标准装置进行校准，表压力程序设定为0.3MPa,根据气体状态方程和公式(1)数据处理程序，分别计算-步骤4-1实测温度、实测压力条件下空气密度。检定用气体的温度变化应不超过土0.5'C和表压力应控制在(0.3土0.0015)MPa范围内；步骤4-2实测压力条件下模拟蒸汽密度。模拟温度设定为144.5":表压力应控制在(0.3土0.0015)MPa范围内;步骤5、装置分别计算步骤4-1和步骤4-2条件下所得的涡街流量计量程范围内至少4个校准点的^系数，校准点的位置要与步骤1相同，分别记为空气/T系数/^,其中i-l，2,3，4和模拟蒸汽K系数/:A^其中i-l,2,3，4。步骤6、设定尺2=/(^入',^^;,比较分析两种不同介质、不同流量范围的实验数据，进行多项式回归分析处理，确定/(XK,《A^空气一蒸汽流量换算多项式。^nhh+19^^流量计在空气介质校准装置所得四个流量校准点/c系数^^,与在蒸汽介质校准装置所得四个相同流量校准点K系数Kz,之差，分别计为AZ1、AZ2、AZ3、AZ4。步骤6-2蒸汽流量换算系数a.b.c，d用AZl、AZ2、AZ3、AZ4和/^w,联立方程组计算卩AZ1=a+6《刷++△Z2="+M腦+c《v2+《;;2△Z3=fl+m:層3+cC+《鹏AZ4="+M腦+《W4+《腦步骤6-3可计算得到&=、-=尺人.-("+M層+4+《)该装置的工作原理为当需要低气压气体进行校验时，采用组态王计算机软件控制打开低压气体管入口的球阀，同时关闭高压气体管入口处的球阀，低压气体经过过滤罐，除湿罐后进入储气罐，再流经三管路稳压调节器，三管路稳压调节器采用粗、中、细三种不同口径的管路并行连接，在每支管路上分别安装的球阀，球阀上面安装有电磁阀，采用组态王计算机软件控制对压力运算，控制每支管路上的球阀的开关大小，进而使气体保持稳定的压力，达到稳压后进入组态王计算机软件控制的稳压罐，稳压罐连接组态王计算机软件控制的被校表，被校表的另一端连接组态王计算机软件控制滞止容器和含10支文丘里音速喷嘴组，气体流经被校表后由组态王计算机软件采集数据。当需要高气压气体进行校验时，打开高压气体管入口的球阀，同时关闭低压气体管入口处的球阀，高压气体经过过滤罐，除湿罐后进入储气罐，再流经三管路稳压调节器，三管路稳压调节器采用粗、中、细三种不同口径的管路并行连接，在每支管路上分别安装的球阀，球阀上面安装有电磁阀，采用组态王计算机软件对压力的运算，控制每支管路上的电磁阀的开关大小，进而使气体保持稳定的压力，达到稳压后进入组态王计算机软件淳制的稳压罐，稳压罐连接组态王计算机软件控制的被校表，被校表的另一端连接组态王计算机软件控制的滞止容器和含10支文丘里音速喷嘴组，气体流经被校表后由组态王计算机软件采集数据。当应用高气压气体进行校验时，在组态王计算机软件进行计算的过程中，打开低压气体管入口处的球阀，稳压罐中的高压气体由于压力差的问题再流回低压气体管，这样既保护了装置由于压力差造成的损害，确保供气管路使用安全，又回收了气体，节约能源。本发明可以适用于不同压力气源进行切换检测，节省能源，由于采用了三管路稳压调节器，raww^的流量^rra,li^TOis*,*titt，气和蒸汽流量计校准装置合二为一，适当的减小了装置的体积，减少投资和运行成本，操作简单，方便。图i是装置总体结构框图图2是装置总体结构示意图3是双气源结构示意图4是三管路稳压调节器示意图2中1高压气体管、2球阀、3低压气体管、4电磁阀、5输送气源管路、6过滤罐、7除湿罐、8储气罐、9三管路稳压调节器的粗口径管路、IO三管路稳压调节器的中口径管路、ll三管路稳压调节器的细口径管路、12稳压罐、13被校表、14滞止容器、15IO支文丘里音速喷嘴组。具体实施例方式如图2所示，该装置包括球阀2、电磁阀4、过滤罐6、除湿罐7、储气罐8、稳压罐12、滞止容器14，在高压气体管1入口处和低压气体管3入口处分别安装球阀2，球阀2上面安装有电磁阀4，电磁阀4连接计算机，低压气体管3和高压气体管1同时连接在输送气源管路5上。在储气罐8和稳压罐12之间设置三管路稳压调节器采用粗口径管路9、中口径管路10、细口径管路11三种不同口径的管路并行连接在储气罐8和稳压罐12之间，每支管路上面分别安装有球阀2，球阀2上面安装有电磁阀4，电磁阀4连接计算机，由计算机控制电磁阀4,再由电磁阀4控制球阀2。运用该装置通过空气介质校验蒸汽流量计按如下步骤进行a、确定空气一蒸汽流量换算多项式/^az=a:a,("+m:,式中/C:为蒸汽介质《系数、A^为空气介质K系数、^^为模拟蒸汽介质K系数，K系数为单位体积的流体流过流量计时，流量计发出的脉冲数；B、将该校准装置的压力控制在(0.3±0.0015)MPa范围内，温度控制在(144.5±0.5)'C范围内，测量出^-和尺，将Kk和^ww代入空气一蒸汽流量换算多项式，求出C、将所求得A::.与JJG1029-2007涡街流量计检定规程进行对比，确定被校表的精度。确定空气一蒸汽流量换算多项式的方法步骤如下步骤1、该装置的被校表选择公称管径DN50准确度等级优于1.O级的涡街流量计来替代，通过冷凝称重装置进行校准，校准用蒸汽的温度变化应不超过土0.5'C;压力波动应不超过±0.5%，按照JJG1029-2007涡街流量计检定规程要求获取量程范围内4个校准流量点的《系数，其中最小流量点Qvu!N、最大流量点Qmax、0.2倍的最大流量点0.2Qmax、0.4倍的最大流量点0.4Q^x必须获取，计作/^,其中i-l，2，3,4。其中K系数为单位体积的流体流过涡街流量计时，流量计发出的脉冲数。得到=7289.70,&2=7549.25，K:j=7570.64,K:产7402.67。步骤2、将IFC1967公式输入空气介质的气体流量计校准装置数据处理程序，计算出蒸汽压力P^16.55MPa范围任一饱和蒸汽和过热蒸汽温度r条件下的蒸汽比容，比容的倒数即为密度。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(1)公式(1)中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中Tc为蒸汽的临界温度，R为蒸汽的临界压力，、为蒸汽的临界比容，r为饱和蒸汽和过热蒸汽温度，P为蒸汽压力，"为蒸汽的相对比容。公式(1)中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>公式(1)中参数取值如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>计算得到vr=196.9693459附V紐，v-汰62W附"V紐。步骤3、根据相似理论，通过冷凝称重装置的校准介质状态为模拟对象，其介质为温度144.5'C表压力0.3MPa的微过热蒸汽，将本气体流量计校准装置的蒸汽流量计校准压力固定为O.3MPa表压。步骤4、选择步骤l中的涡街流量计，在空气介质气体流量标准装置进行校准，表压力程序设定为0.3MPa，根据气体状态方程和公式(1)数据处理程序，分别计算-步骤4-l实测温度、实测压力条件下空气密度。检定用气体的温度变化应不超过土0.5'C和表压力应控制在(0.3土0.0015)MPa范围内；步骤4-2实测压力条件下模拟蒸汽密度。模拟温度设定为144.5'C;表压力应控制在(0.3土0.0015)MPa范围内；步骤5、装置分别计算步骤4-1和步骤4-2条件下所得的涡街流量计量程范围内4个校准点的A:系数，校准点的位置要与步骤i相同，分别记为空气yr系数^,其中i^，2，3，4和模拟蒸汽/:系数《嫩,其中i=l,2，3，4。计算得到^尸M21.50,/^.产8578.34,KA=8701.75,KAV=8616.63:A^/w尸7865.16，/:她'产7795.67，AT她,产8034.38，/Cwv产7943.52。步骤6、设定/^=/(^&《AW，比较分析两种不同介质、不同流量范围的实验数据，进行多项式回归分析处理，确定/(^K,《AW空气一蒸汽流量换算多项式。步骤6-1计算涡街流量计在空气介质校准装置所得四个流量校准点K系数K"与在蒸汽介质校准装置所得四个相同流量校准点K系数/^之差，分别计为AZ1、AZ2、厶Z3、AZ4。AZ/=《4,—尺z,，厶Zl-931.80，厶Z24029.25，AZ3413L11，AZ4=1213.96。步骤6-2蒸汽流量换算系数a.b.c，d用AZl、AZ2、AZ3、厶Z4和/^yy,联立方程组带入AZ=fl+^w+《/JV+《w计算计算可得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>步骤6-3根据上述所得值计算《:。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>权利要求1、一种正压法音速喷管气体流量计校准装置，包括过滤罐、除湿罐、储气罐、三管路稳压调节器、稳压罐、滞止容器、10支文丘里音速喷管组和计算机，其特征在于在输送气源管路上设置两种不同压力的气源管路进行切换供气的双气源结构；在储气罐和稳压罐之间设置三管路稳压调节器。2、根据权利要求1所述的正压法音速喷管气体流量计校准装置，其特征在于所述在输送气源管路上设置两种不同压力的气源管路进行切换供气的双气源结构，是在高压气体管入口处和低压气体管入口处分别安装球阀，球阀上面安装有电磁阀，电磁阀连接计算机，高压气体管和低压气体管同时连接在输送气源管路上。3、根据权利要求1所述的正压法音速喷管气体流量计校准装置，其特征在于所述的三管路稳压调节器采用粗、中、细三种不同口径的管路并行连接在储气罐和稳压罐之间，每支管路上面分别安装有球阀，球阀上面安装有电磁阀，电磁阀连接计算机。4、权利要求1所述的正压法音速喷管气体流量计校准装置的应用方法，其特征在于运用该装置通过空气介质校验蒸汽流量计按如下步骤进行-a、确定空气一蒸汽流量换算多项式尤2=-az=-("+w:織+c《,+^:乙)，式中/^为蒸汽介质k系数、kk为空气介质k系数、^/,v为模拟蒸汽介质i:系数，《系数为单位体积的流体流过流量计时，流量计发出的脉冲数；B、将该校准装置的压力控制在(0.3±0.0015)MPa范围内，温度控制在(144.5±0.5)'C范围内，测量出^和Kmv将&和iC代入空气一蒸汽流量换算多项式，求出&，；C、将所求得&,与JJG1029-2007涡街流量计检定规程进行对比，确定被校表的精度。5、权利要求4所述的正压法音速喷管气体流量计校准装置的应用方法，其特征在于所述的确定空气一蒸汽流量换算多项式的方法按如下步骤进行步骤l、该装置的被校表选择准确度等级优于1.0级的涡街流量计来替代，按照涡街流量计检定规程要求获取量程范围内至少4个校准流量点的尺系数，计作《2,其中1=1,2，3，4，；步骤2、利用IFC1967公式输入空气介质的气体流量计校准装置数据处理程序，计算出蒸汽压力P=016.55MPa范围任一饱和蒸汽和过热蒸汽温度条件下的蒸汽比容；步骤3、将本气体流量计校准装置的蒸汽流量计校准压力固定为0.3MPa表压；步骤4、选择步骤1中的涡街流量计，根据气体状态方程和IFC1967公式数据处理程序，分别计算实测温度、实测压力条件下空气密度和实测压力条件下模拟蒸汽密度；步骤5、分别计算步骤4条件下所得的涡街流量计量程范围内至少4个校准点的《系数，校准点的位置要与步骤l相同，分别记为空气《系数A^,其中i=l，2，3，4和模拟蒸汽K系数&wi其中i^，2,3,4;步骤6、计算《《,和《a之间的差值，记为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>乙，联立上述两式确定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>空气一蒸汽流量换算多项式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>全文摘要一种正压法音速喷管气体流量计校准装置及应用方法，包括过滤罐、除湿罐、储气罐、三管路稳压调节器、稳压罐、10支文丘里音速喷管组、滞止容器、计算机，在输送气源管路上设置两种不同压力的气源管路进行切换供气的双气源结构；在储气罐和稳压罐之间设置三管路稳压调节器，运用该装置可以通过空气介质来实现蒸汽流量计的校验。本发明采用正压法，可以适用于不同压力气源进行检测，节省能源，另外将空气和蒸汽流量计校准装置合二为一，适当的减小了装置的体积，减少投资和运行成本，操作简单。文档编号G01F25/00GK101419088SQ20081022914公开日2009年4月29日申请日期2008年11月28日优先权日2008年11月28日发明者单纯利,王瑞岭,穆桂荣申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司