【摘 要】音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是采用氣路循環(huán)經(jīng)過(guò)渦輪流量計(jì)到噴嘴，然后到氣泵抽氣的全過(guò)程進(jìn)行檢定。采用的是負(fù)壓法檢定渦輪流量計(jì)，也是目前檢定流量計(jì)的重要方法之一，用之比較廣泛。鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用的是正壓法，它是用一定體積量的標(biāo)準(zhǔn)氣體流經(jīng)渦輪流量計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量計(jì)的檢定，其本身流量范圍比較小，適合檢定口徑比較小的流量計(jì)，符合流量計(jì)在實(shí)際工作中的狀態(tài)。本文就兩種檢測(cè)方法，檢定同一渦輪流量計(jì)的結(jié)果進(jìn)行分析比較，同時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定，為以后的研究做出了一定的指導(dǎo)意義。

Abstract:The method of sonic nozzle gas flow standard device is to use pneumatic loop through the turbine flowmeter to the nozzle, and then to the whole process of pump suction for verification. Test of turbine flow meter is negative pressure method, is also one of the important methods of verification flow meter at present, with the more extensive. Bell jar type gas flow standard device USES a positive pressure method, it is to use a certain volume of standard gas flows through the turbine flowmeter, and realizes the calibration of flowmeter, its flow range is small, is suitable for the flow meter calibration diameter smaller, in line with the flow meter in the actual work condition. In this paper, two methods of testing, test analyzes and compares the results of the same turbine flowmeter to uncertainty evaluation of measurement results, at the same time made a certain guiding significance for future research..
 
Key words:Sonic Nozzle  Bell  Uncertainty of Measurement Results

  音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（如圖2）是以潔凈空氣為介質(zhì)，其檢測(cè)原理是用真空泵1將空氣由被檢表的上游直管段入口吸入，經(jīng)過(guò)被檢表前直管段、被檢表11和被檢表下游直管段進(jìn)入滯止容器8，在滯止容器的下游，有一組音速噴嘴5，控制音速噴嘴下游的開(kāi)掛閥門4，可以任意選擇所要開(kāi)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(cè)溫6測(cè)壓7，代入公式計(jì)算可以得到通過(guò)音速噴嘴的質(zhì)量流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢表的檢定。

圖2 音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

1、 概述：
 
1.1、測(cè)量依據(jù)：JJG1037-2008 《渦輪流量計(jì)》。
 
1.2、環(huán)境條件：
 
  大氣溫度為（23.5±1）℃；大氣相對(duì)濕度為（38±1）%RH；大氣壓為(93.2±0.5)kPa，檢定用介質(zhì)溫度（18.5±0.2）℃；電源電壓應(yīng)為(220±22)V，電源頻率應(yīng)為(50±2.5)Hz；外界磁場(chǎng)、機(jī)械振動(dòng)小到對(duì)流量計(jì)的影響可以忽略不計(jì)。
 
1.3、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：
   0.1級(jí)鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，測(cè)量范圍：
（0.5~120） m³/h、 DN（25～80）mm，檢定介質(zhì)：空氣。0.25級(jí)音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，測(cè)量范圍：（0.1-15000）m³/h、DN（15～400）mm，檢定介質(zhì)：潔凈空氣
 
1.4、被測(cè)對(duì)象：
 依據(jù)JJG1037-2008渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程，上述0.1級(jí)鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置能夠開(kāi)展的氣體渦輪流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)為（0.5-1.5）級(jí)。因此選用DN25mm，流量范圍為（0.5～15.0）m³/h，1.5級(jí)的氣體渦輪流量計(jì)。
 
1.5、渦輪流量計(jì)工作原理及特點(diǎn)：
 渦輪流量計(jì)是速度式流量計(jì)中的主要種類,當(dāng)被測(cè)流體流過(guò)渦輪流量計(jì)傳感器時(shí)，在流體的作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，同時(shí)，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，即電脈沖信號(hào)，此電脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比。渦輪流量計(jì)具有精度高、重復(fù)性好、無(wú)零點(diǎn)漂移、高量程比等優(yōu)點(diǎn)。渦輪流量計(jì)擁有高質(zhì)量軸承、特別設(shè)計(jì)的導(dǎo)流片，因此極大降低了磨損，對(duì)峰值不敏感，甚者惡劣的條件下也可以給出可靠的測(cè)量變量。渦輪流量計(jì)輸出信號(hào)為脈沖，易于數(shù)字化。渦輪流量計(jì)壓力損失小，葉片能防腐，可以測(cè)量粘稠和腐蝕性的介質(zhì)。
 
1.6、測(cè)量過(guò)程：
  在規(guī)定的環(huán)境條件下，按JJG1037-2008渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程，將渦輪流量計(jì)安裝在（音速噴嘴法）氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上，保證流量計(jì)與前后直管段同軸安裝。以空氣為檢定介質(zhì)，調(diào)節(jié)流量點(diǎn)至***大流量的70%流量點(diǎn)，運(yùn)行5min，等待介質(zhì)溫度、壓力和流量穩(wěn)定后進(jìn)行正式檢定。
 依據(jù)檢定規(guī)程，1.5級(jí)的渦輪流量計(jì)檢定流量點(diǎn)分別為：q_min、q_t、0.40q_max和q_max。對(duì)于量程比≤20：1的流量計(jì)，其分界流量q _t=0.2q _max。將在第i點(diǎn)第j次測(cè)得的被檢流量計(jì)脈沖信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)氣體流量裝置在該點(diǎn)該次測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)體積流量之比作為第i點(diǎn)第j次測(cè)量的儀表系數(shù)。每個(gè)檢定流量點(diǎn)檢定3次，取其平均值作為該流量點(diǎn)的儀表系數(shù)。

2、建立數(shù)學(xué)模型：
2.1、數(shù)學(xué)模型：
 
（1）K為第i次測(cè)量被檢流量計(jì)的儀表系數(shù)，(m³)^-1； N_i 為第i次測(cè)量被測(cè)流量計(jì)顯示儀表測(cè)得的脈沖數(shù)；V_i為第i次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的累積流量值，m³。
 
2.2、傳播率公式：
 
3、鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置：
  輸入量的相對(duì)不確定度的評(píng)定 3.1 輸入量N_i的相對(duì)不確定度u_rei(N_i)評(píng)定輸入量N_i的不確定度來(lái)源主要是流量計(jì)測(cè)量的不重復(fù)性，采用A類評(píng)定方法評(píng)定。
 用一臺(tái)DN25mm，測(cè)量范圍為：（0.5～15）m³/h的氣體渦輪流量計(jì)，流量選擇在***大流量的100%處測(cè)量60秒，累計(jì)流量250L，用工控測(cè)量設(shè)備連續(xù)測(cè)量6次得到的一組測(cè)量列，如表1所示。
 
表1 流量計(jì)重復(fù)測(cè)量結(jié)果（脈沖個(gè)數(shù)）
 

單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差
 
 
通常取3次平均值，故
 
 
 
3.2、輸入量V_i相對(duì)不確定度u_rei(V_i)的評(píng)定：
 輸入量V_i相對(duì)不確定度U_rei(V_i)不確定度主要來(lái)源于氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量誤差，其不確定度采用B類方法評(píng)定。
由于廠家給出該氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度U=0.1%；k=2。
 
所以U_rei(V_i)=0.1%/2=0.05%根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見(jiàn)表2。
 
表2 不確定度分量匯總表
 

 
3.3、合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度故有：
 
3.4、其他給點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果（如表3所示）：
 
表3 其他給點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果
 

 
3.5、擴(kuò)展不確定度的評(píng)定：
 
取其測(cè)量結(jié)果重復(fù)性作為其***大值 ，則擴(kuò)展不確定度為：
 
U(K)=0.21%×2=0.42%；k=2
 
4、音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置：
  輸入量的相對(duì)不確定度的評(píng)定 4.1 輸入量N_i的相對(duì)不確定度u_rei(N_i)評(píng)定輸入量N_i的不確定度來(lái)源主要是流量計(jì)測(cè)量的不重復(fù)性，采用A類評(píng)定方法評(píng)定。用一臺(tái)DN25mm，測(cè)量范圍為：（0.5～15）m³/h的氣體渦輪流量計(jì)，流量選擇在***大流量的100%處測(cè)量60秒，累計(jì)流量250L，用工控測(cè)量設(shè)備連續(xù)測(cè)量6次得到的一組測(cè)量列，如表4。
表4 流量計(jì)重復(fù)測(cè)量結(jié)果（脈沖個(gè)數(shù)）
 

 
  單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差通常取3次平均值，故.2 輸入量V_i相對(duì)不確定度u_rei(V_i)的評(píng)定輸入量V_i相對(duì)不確定度U_rei(V_i)不確定度主要來(lái)源于氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量誤差，其不確定度采用B類方法評(píng)定。由于廠家給出該氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度U=0.25%；k=2。
 
所以U_rei(V_i)=0.125%/2=0.05%根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見(jiàn)表5。
 
表5 不確定度分量匯總表
 

 
4.5、擴(kuò)展不確定度的評(píng)定：
 
取其測(cè)量結(jié)果重復(fù)性作為其***大值 ，則擴(kuò)展不確定度為：U（K）=0.257%×2=0.54%；k=2
 
5、結(jié)論：
 
（1）鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)得氣體渦輪流量計(jì)的擴(kuò)展不確定度為0.42%（k=2）；音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)得氣體渦輪流量計(jì)的擴(kuò)展不確定度為 0.54%（k=2）；兩種測(cè)量結(jié)果都滿足規(guī)程的要求，說(shuō)明了其檢測(cè)結(jié)果都可信。
 
（2）鐘罩式標(biāo)準(zhǔn)裝置在在檢測(cè)的過(guò)程中，來(lái)回升降好多次，耗費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)檢測(cè)效率大大下降；而音速噴嘴裝置耗時(shí)較短，減低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了了檢測(cè)效率。
 
（3）兩種檢測(cè)方法都可以說(shuō)明，無(wú)論選擇哪種檢測(cè)方式，都能達(dá)到預(yù)期效果。