标准流量计法标准装置

1第三章标准流量计法标准装置一、概述标准流量计法流量标准装置在国内外应用广泛，自从国家颁布JJG643—1986《标准表法流量标准装置》规程以来，才逐渐被同行重视，建立不少标准流量计装置，这种方法就是把性能良好（准确度高、重复好（0.01～0.05%）的流量计作为标准流量计量器具用于检定其他流量计。二、结构和原理（一）结构1、标准与被检流量计串联如图7-45所示a、相同规格的标准与被检流量计安装在同一规格的试验管道上；b、不存在密封性问题；c、多少规格的流量计就需要多少规格的标准流量计；2、标准流量计并联与被检流量计串联如图7-47所示a、用若干台不同（或相同）规格的标准流量计并联，就可选用几台小规格的标准流量计检定一台大流量范围的流量计。b、注意1）阀门的密封性要好，需要有效的检漏措施；2）当选用其中若干台标准流量计检定某台被检流量计时，所选用的标准和被检流量计的安装管道的阀门都必须密封；3）为保证检测的可靠性，应对管道和阀门进行检漏。3、原始流量标准与标准流量计法装置并用a、标准流量计需要原始流量标准安装进行定期检定；b、原级指静态容积、质量、和标准体积管装置；c、原级标准装置的量值是通过其他基本量检测复现一导出量；d、在原级（或基准、标准水、气、油装置）试验管道上安装标准流量计，平时大量的检测工作用标准流量计检测其他流量计，保护或保存原级标准装置的量值准确度和寿命。（二）原理标准流量计的工作原理是基于定常流的连续性方程，对可压缩流体：ρ1u1A1=ρ2u2A2=常数对不可压缩流体：u1A1=A2u2=常数式中：ρ1、ρ2——空道截面A1A2的平均密度u1、u2——空道截面1、2上的平均流速；A1、A2——空道1、2上的截面积。三、标准流量计（一）标准流量计选择原则1、重复性要好标准流量计的准确度由二部分组成：一是重复性，在同一个流量下短时间的试验，其示值或仪表系数的一致程度。二是线性度，在整个的流量范围内其示值误差或仪表系数随流量变化的程度。线性度好的标准流量计使用起来更可靠，重复性好的标准流量计，可按流量的大小进行示值误差或仪表系数修正，以提高其准确度。2、复现性也要好复现性：同一流量下，在不同的时间内长期试验，其示值误差或仪表系数的一致程度。2复现性好的标准流量计，检定周期长，装置的计量性能就越有保证。3、同种类、同规格的标准流量计标准流量计法流量装置特别是串联检定流量计的装置，如果被检流量计只有一种应优先选择与被检流量计同种类、同规格的流量计作为标准流量计。同种类同规格的标准流量计，流量范围相同，便于流量范围复盖，原理性能都一致也便于示值比较和计算。（二）推荐的标准流量计种类1、液体标准流量计a、液体涡轮流量付感器；b、容积式（带输出信号或指示式）流量计；c、电磁流量计；d、标准孔板流量计。2、气体标准流量计a、气体涡轮（或涡街）流量传感器；b、气体容积式流量计；c、临界流音速喷管；d、标准孔板流量计。四、标准流量计的组合（一）并联标准流量计装置的组合并联标准流量计装置组合如图7-47所示，要适当配备标准流量计的规格，其组合原则应满足：1、昀小规格的标准流量计的昀小流量应不大于被检流量计的昀小流量；2、所有标准流量计的上限流量之和应不小于被检流量计的昀大流量；3、被检流量计的任一流量都可由单台或多台标准流量计组合得到；4、满足上述的原则下，配备的标准流量计的台数应昀少，以节约经费和占地面积。（二）并联标准流量计组合的数量设计和计算1、用标准流量计并联组合的装置检测被检流量计第i点，只用到每个并联标准流量计的一个流量点，其标准流量计的组合数量对被检流量计的检定点又是固有的，如果组合标准流量计的数量能够复盖被检流量计的范围，设计可多种多样。a、将被检流量计不同规格的流量检测点，要规程或标准的要求，把所有检测点流量均列出来，选择出检测点的数量即可，其流量误差不超过5%。b、常用计算的办法选择标准流量计的数量。2、以临界流量音速喷嘴（管）为例的设计方法a、确定被检测流量计的昀大流量qmax和昀小流量qmin；b、根据昀小流量和喷嘴前的滞止压力，滞止温度和流体的性质按（1）式计算流量：21*)(−⋅⋅=oomTMRPCCAq或21*)(−⋅⋅=oovTMRZCCAq式中：qm、qv——分别表示流过喷嘴的质量或体积流量；C——流出系数，他是雷诺数Red的出数；C*——临界流函数，他是Po·To和气体成分的函数；A——喷嘴喉部的截面积；Po、To——分别表示喷咀前的滞止压力和滞止温度；M——气体的千摩质量；（1）3R——通常气体常数；Zo——气体在PoTo下的压缩系数，他是Po·To的函数。如果认为流出系数C不变（实际上不同规格的喷嘴，其雷诺数不同，C会有小的变化），则喷嘴流量与喉部面积成正比，即与喉部直径的平方成正比。喷嘴系列中其喉部直径di（i=1、2、……n）大致为：22121==−−iiiiddqq211)2(−=iidd（2）昀大喷嘴喉部的直径dmax与昀小喷嘴的喉部直径dmin的关系为121minmax)2(−=ndd（3）求喷嘴的个数n？由式（2）可知，喷嘴流量系列为等比数列，公比是2，n项之和又等于昀大流量qmax，所以：qmin+2qmin+4qmin+……+2n-1qmin=qmaxqmin(2n-1)=qmax2n=qmax/qmin+1n=ln(qnax/qmin+1)/ln2（4）如果标准流量计装置昀大流量qmax和昀小流量qmin之比为100，（实际可设计再大点）代入式（4）得：n=ln(100+1)/ln2=6.67≈7即7个喷嘴。设昀大喷嘴的直径DN=50mm，流量qmax=360m3/h，昀小流量qmin=3m3/h；Po=100kPa,To=293.15K则n=6.92=7dmin=2.34mmmmd197.1834.2)2(621max≈=×=五、并联标准流量计的特点（一）并联标准流量计突出特点是不降低装置的准确度通过被检流量计的体积流量（不可压缩流体定常流情况下）等于通过各台标准流量计体积流量之和，即vsinivtqq1=Σ=（5）式中：qvsi——第i台并联合标准流量计的流量；qvt——被检流量计的流量。[]21221)()(⎭⎬⎫⎩⎨⎧Σ==vsirsirinivtcrquCqu（6）式中：Cri=qi/q——并联标准流量计第i台的灵敏系数；ursi(qvsi)——并联标准流量计第i台的相对不确定度。21221)()()(⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡Σ==vsrsiinivtcriquqqqu4若并联标准流量计系统中昀大的相对不确定度[ursi(qvs)]max代替其他标准流量计不确定度。则：max2121max2)()()()(vsrsiinivsrsivtcrquqqququ≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡Σ≤=（7）若并联的各台标准流量计口径和流量均相同即可以为q1=q2=……=qn。若选用的标准流量计不确定度也基本一致，则式（7）可变为max21max21221)(1)())((vsrsivsrsiinicrqunqunqnqu=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡Σ==（8）式中：ursi(qvs)max——第i台标准流量计的不确定度。通过上述公式可知只要n≥2，则ucr(q)≤ursi(qvs)max，即并联后各标准流量计。流量之和的相对标准不确定度永远小于并联系统中单一标准流量计的相对不确定度。因此，多管道，小口径并联的标准流量比单一标准流量计，方案计量的不确定度更小，即准确度更高。（二）装置特点1、并联标准流量计法装置通过的质量流量之和等于被检流量计通过的质量流量；2、并联标准流量计两节点之间的压力损失为各支管所共有；3、并联标准流量计法装置中合成不确定度不大于该装置里那个标准流量计的不确定度昀大值；4、在计量学方面以并联方式组合起来的一组标准流量计昀低限度也能和单台标准流量计一样可靠，即并联不降低检测的准确度；5、并联的各台标准流量计的口径、流量、准确度等级、安装的管径均相同时，会提高21−n倍的不确定度。6、通过并联标准流量计的方式可以在不降低计量准确度的前题下，只要能源，满足要求就可扩大量限范围，为今后再建特大原始装置提供理论基础。7、建立低量限高准确度的原始标准，通过传递标准的检测用并联法给出了大流量开创广阔的空间。六、用标准流量计法装置检测不同流量计的方法（一）用临界流文丘里喷管作标准检测气体流量计1、检测带脉冲信号串联的流量计实用数学模型。)031750.0/(221oovtttPtcdTNK⋅=ρ（9）式中：Nt——被检流量计的脉冲数；ρvt——通过流量计流体在oct时的密度；t——测量时间；c——喷嘴的流出系数；d——喷嘴喉部直径；Po·To——分别表示喷嘴的滞止压力和滞止热力学温标。2、并联喷嘴检测带脉冲信号流量计的实用数学模型。])(03175.0/[2121oiiniovtttPtdcTPNk⋅⋅Σ⋅==（10）式中：符号与（9）同。53、用喷嘴检测转子流量计实用的数学模型。212)(49204.0momoNPTTPdcq⋅⋅=（11）式中：Pm·Tm——分别表示转子流量计前的压力和温度。（二）用标准涡轮（或涡街）流量传感器检测流量计1、对液体流量计检测实用的数学模型。1）串联标准流量计检测安排stssvtsvtvtKttNNKρρ=（12）如ρvt=ρs，ts=tt则svtsvtNNkk=（13）如ρs·ρvt——分别表示标准和被检流量计处流体密度；ts·tt——测量时间；Ns·Nvt——分别表示标准和被检流量计的脉冲数；ks·kvt——分别为标准和被检流量计的仪表系数。2）并联标准流量计检测安排。)//(1sisisinitvtvtkNNkρρ=Σ⋅=（14）式中：符号与（12）同。2、对于气体流量计检测实用的数学模型。1）串联标准流量计检测安排。ssttsststvtkZZTTPPNNk=（15）式中：Ps·Pt——分别表示标准和被检流量计处压力；Ts·Tt——分别为标准和被检流量计处的温度；Zs·Zt——标准和被检流量计处流体压缩系数。2）并联标准流量计检测安排。]/[1sisisisinitttvtTPkNTPNk=Σ⋅=（16）式中：符号如（15）同。（三）用标准容积式流量计检测流量计1、不带信号的标准容积式流量计检测带信号的容积式流量计1）对于液体串联安排。])()20(1[mwsmwsssmmttPFtttVNk−−+−+=ββρρ（17）式中：kt——被检容积式流量计的仪表系数；vm——被检容积式流量计指示值；6Nt——被检流量计的脉冲数；Pm·Ps——分别表示被检和标准容积式流量计处压力；ρm·ρs——被检和标准容积式流量计处密度；βs·βw——标准流量计材料和液体的体膨胀系数；tm·ts——被检和标准流量计处温度；Fw——液体的压缩系数。2）对气体串联安排∵mssmsmTPTP⋅=ρρ])()20(1[mwsmwssmssmmttPFtttTPTPVNk−−+−+=ββ（18）式中：符号与（17）式中同。3）若是并联安排。sisinitmtiVNkρρ1=Σ=（19）式中：Vsi——第i检测点标准流量计指示值。2、标准流量计法检测出被检流量计的仪表系数换处到标准状况方法。标准状态下的仪表系数kos。vtotvtvtosvtososkttNNkρρ=（20）式中：kvt——工作状态下的仪表系数；Nos·Nvt——标准和被除数检流量计的脉冲数；ρos·ρvt——标准和被检流量计处流体密度。七、标准流量计法装置的检定方法（一）标准流量计的检定标准流量计的检定可以像普通流量计的检定和使用，其准确度也就是普通工作流量计的准确度。由于普通流量计的线性问题，准确度一般都比较低，满足不了标准流量计的要求。为了满足标准流量计相应准确度要求，采用二种检测方法：1、定点使用标准流量计检定所谓定点使用，是指使用标准流量计检定流量计时，只使用其几个固定点，按各检定点的流量点的实际值使用，这种方法检定的结果准确度昀高。1）定点使用标准流量计的仪表系数时的不确