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DN150氣體流量標準裝置是采用負壓的方法,氣源為兩臺水環真空泵。首先將大氣中的空氣吸入試驗管道,氣流通過被檢流量計進入滯止容器。并按照ISO9300及JJG620-1994規程規定設計出測量噴嘴上游滯止壓力、滯止溫度的位置。
項目名稱：DN150氣體流量標準裝置
二、 裝置主要技術指標
1、裝置型式：負壓法臨界流氣體流量標準裝置 。
2、可測流量范圍：（1～1500）m3/h (當地大氣壓條件下)
3、被檢流量計口徑：DN150
4、音速噴嘴不確定度： Urel=0.2％,k=2
5、裝置擴展不確定度：Urel =0.33％,k=2
6、壓力變送器：±0.075%
7、溫度變送器：允差小于0.2℃ 0-50℃
8、 裝置工作壓力：106kPa～60kPa(絕壓)
9、 壓力波動：<20pa
10、工作介質：潔凈空氣
11、耗能最大功率：AC380V(65KW);
三、DN150氣體流量標準裝置參照的主要標準
1）、ISO9300：1990 《采用臨界流文丘里噴嘴的氣體流量測量》
2）、JJF 1240-2010 《臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標準裝置校準規范》
3）、JJG643—2003 《標準表法流量標準裝置》計量檢定規程
4）、JJG620—2008 《臨界流流量計》計量檢定規程
四、裝置方案概述
1、裝置的結構組成
臨界流文丘利噴嘴法氣體流量標準裝置(以下簡稱裝置)由4部分組成。第一部分為氣源部分,即水環真空泵,穩壓罐等。第二部分為標準部分,DN150口徑流量（1m3/h～1500m3/h）主要由滯止容器和安裝在滯止容器內的臨界流文丘利噴嘴(以下簡稱噴嘴)以及測量噴嘴上、下游的壓力變送器和溫度變送器、選擇噴嘴流量的密封閥等組成。第三部分為安裝被檢流量計的試驗管道部分,這部分主要由被檢流量計的前、后直管段、氣動伸縮器、被檢表的測溫和測壓儀表等。第四部分為微機數據處理部分,這部分主要包括：工控計算機、控制柜和打印機等。
2、裝置的工作原理
2．1 臨界流文丘利噴嘴的基本原理
滯止容器內的臨界流文丘利噴嘴(以下簡稱噴嘴)為整套裝置的核心部分。噴嘴是個孔徑逐漸減小的流道,孔徑最小的部分稱為噴嘴的喉部,在喉部的后面有孔徑逐漸擴大的流道。噴嘴與亞音速噴嘴(喉部流速低于音速)的主要區別為亞音速噴嘴的流量不僅與上游壓力有關而且與下流壓力有關,流出系數不僅與雷諾數有關還與馬赫數有關,所以準確度提高很困難。而本裝置的噴嘴,由于喉部氣流速度達到音速,馬赫數等于1,因此流量只與上游壓力和溫度有關,流出系數只與雷諾數有關。正是應用這原理，采用噴嘴為標準裝置的標準表，作為流量標準使用，與被檢流量計比對，從而得到被檢流量計的誤差。
裝置DN150口徑流量（1m3/h～1500m3/h）的噴嘴采用入口上游大空間安裝方式，當在噴嘴軸線或入口平面5倍噴嘴喉徑的空間內無器壁時，視為噴嘴的上游是一個大空間，并在噴嘴軸線方向據入口平面10倍噴嘴喉徑的位置測壓，在滯止容器上均勻取點測溫。
2.2 臨界流文丘利噴嘴法氣體流量標準裝置的結構
裝置工作時,用真空泵將空氣由被檢表的上游直管段入口吸入,空氣流過測試管段和被檢流量計,進入滯止容器,流經臨界流文丘里噴嘴組后,經背流管流入儲氣罐。根據檢定流量的大小,系統自動控制選擇閥組和噴嘴,按不同的噴嘴組合方式確定所需的檢定流量。在檢定過程中,微機系統自動控制噴嘴組前、后的氣體壓差,使噴嘴氣體流速達到臨界流,同時采集噴嘴前的氣體壓力和溫度,計算出標準的累積流量q′m,并按有關的檢定規程,將它與采集到的被檢流量計的指示值進行比較和計算,即可得到被檢流量計在不同流量點的基本誤差和重復性誤差。
qmi 為通過第i個臨界噴嘴的氣體質量流量； n 為所選噴嘴的個數
2.3裝置流量計算公式
2.3.1臨界壓力比
在理想條件下,從理論上可導出臨界壓力比的計算公式:
k為氣體的比熱容;
p1為噴嘴的下游出口壓力;
p0為噴嘴的上游入口滯止壓力。
對于空氣,k=1.4, p1/p0=0.528
2.3.2 理想條件下的質量流量
在理想條件下,文丘里噴嘴的質量流量公式:
qmi為文丘里噴嘴在理想條件下的質量流量（kg/s）;
A*為文丘里噴嘴的喉部面積（m2）;
C*i為氣體在理想條件下的臨界流函數。
為通用氣體常數(J.mol-1 . K-1)
2.3.3 實際條件下的質量流量
在實際條件下,文丘里噴嘴的質量流量公式:
qm為文丘里噴嘴在實際條件下的質量流量,kg/s;c*為氣體在實際條件下的臨界流函數,假定氣體為一維、等熵流動,利用實際氣體的熱力學性質表,可用計算機計算出來;c為流出系數,是對“一維、等熵流動"等假設條件的修正。
3、裝置的主要設備
1）裝置由一套獨立的系統組成： DN150。
裝置流量范圍：1-1500m3/h;分布為一條檢定臺位,包括前直管段前后直管段、氣動夾表器、升降臺、壓力變送器、溫度變送器。
裝置噴嘴組合：
1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024 m3/h
2） 整個裝置配兩臺水環真空泵并配氣動碟閥兩個.
3） 變頻器兩臺
4） 滯止容器、背壓容器、11個臨界流文丘里噴嘴，11套密封閥組，2臺絕壓變送器和2臺溫度變送器。
5） 緩沖罐一個（1m3）
6） 變頻控制柜
7） 空壓機1臺（380v、三相）、儲氣罐1個（0.3m3）
8） 控制系統：工控機（中國臺灣研華 IPC-610）、顯示器(聯想)、激光打印機（聯想）、軟件配置（系統自檢程序、建立和修改基礎數據庫程序、流量計檢定程序、流量計檢定結果數據庫）
五、標準器選用
裝置是采用負壓的方法,氣源為兩臺水環真空泵。首先將大氣中的空氣吸入試驗管道,氣流通過被檢流量計進入滯止容器。并按照ISO9300及JJG620-1994規程規定設計出測量噴嘴上游滯止壓力、滯止溫度的位置。
檢定臺位管路按照前直管段20D，后直管段5D。管路的內徑和圓度測量方法原則上按照GB2624中條款規定的計算方法執行。
檢定臺位的分布，按照工作場地的尺寸，以合理化及人性化設計，充分考慮到檢定員在檢定過程中空間的舒適度，檢定臺的尺寸也是按照被檢流量計的檢定規程中所要求的尺寸進行設計。通過調節檢定臺處的升降臺，實現夾表器、備件表及前后直管段達到同軸。
被檢表前的壓力、滯止容器壓力，背流管的壓力測量根據JJG198-94《速度式流量計檢定規程》，被檢表前的壓力測量點在流量計上游多點測量，滯止容器的取壓位置應在噴嘴軸線方向入口平面10倍噴嘴喉徑的位置。
六、裝置的特點
1、真空泵合理搭配 ：兩臺水環真空泵，可滿足1-1500m3/h流量并且節約能源。按照要檢定流量的數值可以選擇開啟真空泵的數量。
2 、檢測效率高：由于用文丘里音速噴嘴作標準器，無可動原件，可靠性高。若被檢測產品的質量穩定，一般檢測一臺流量計在0.5 h 以內。
3 、夾表臺及夾表器的設計，以達到夾表平穩、方便可靠及各個機構同軸。
4 、噴嘴易于裝卸維護：噴嘴與下游背流管處安裝有伸縮機構,方便噴嘴的裝卸。
七、裝置的不確定度
裝根據氣體動力學原理，當氣體通過臨界流文丘里噴嘴時，噴嘴上、下游氣流壓力比達到某一特定數值的條件下，在噴嘴喉部形成臨界流狀態，氣流達到最大速度（音速）。流過噴嘴的氣體質量流量也達到最大值
。此時
只與噴嘴入口處的滯止壓力和溫度有關，而不受其下游狀態變化的影響。流經音速噴嘴的質量流量
可按下式計算：
（1-1）
累計體積流量為
式中：
—通過臨界流文丘里音速噴嘴在實際條件下的質量流量；
—音速噴嘴喉部的截面積；
—音速流噴嘴的流出系數；
—實際氣體的臨界流函數；
—噴嘴前氣體的絕對滯止壓力；
—噴嘴前氣體的絕對滯止溫度；
—氣體常數
根據流量計算公式（1-1）,由于在檢定和使用時噴嘴喉部截面積
、臨界流函數
、氣體常數
不變，因此這幾項的不確定度可以忽略。置不確定度只和噴嘴流出系數 、噴嘴前滯止壓力、噴嘴前滯止溫度、被檢流量計處溫度、被檢流量計處壓力 、計時器等因素有關。
噴嘴按ISO9300要求精加工處理，不確定度可達0.2%；
壓力變送器采用不確定度0.075%；
溫度變送器采用不確定度0.2℃。
序號 | 符號 | 來源 | 輸入量的標準 不確定度ur(xi)/% | 靈敏系數 cr(xi) | |cr| ur(xi)/% |
1 | C | 流出系數 | 0.082 | 1 | 0.061 |
2 | Po | 噴嘴前滯止壓力 | 0.065 | 1 | 0.065 |
3 | To | 噴嘴前滯止溫度 | 0.039 | 0.5 | 0.0195 |
4 | t | 計時器 | 0.001 | 1 | 0.001 |
5 | T | 被檢流量計處溫度 | 0.039 | 1 | 0.039 |
6 | p | 被檢流量計處壓力 | 0.065 | 1 | 0.065 |
合成標準不確定度:0.13%, 裝置擴展不確定度:0.26%；(k=2) |
說明:
1.流出系數的不確定度
按檢定規程要求，在95%置信概率下，
，因測量次數為6， 
則 
2.噴嘴前滯止壓力不確定度
設壓力允差±0.075%,壓力在滿量程2/3處使用,按矩形分布考慮,
則 
3. 噴嘴前滯止溫度不確定度
設溫度計允許誤差±0.2Co,氣體溫度為20 Co,則
4. 檢累計流量計時,計時器不確定度優于0.001%容易達到.
5. 被檢流量計處壓力測量的不確定度
6.被檢流量計處溫度測量的不確定度
7. 合成標準不確定度
8. 裝置擴展不確定度
取 k=2
八、配置清單
序號 | 設備名稱 | 型號 規格 | 單位 | 數量 |
一、真空泵部分 (功率65KW) |
1 | 真空泵 | 2BEA 253 45kw | 臺 | 1 |
2 | 真空泵 | 2BEA202 18.5kw | 臺 | 1 |
二、氣源部分 | | | |
3 | 真空緩沖罐 | 1m3 碳鋼 | 臺 | 1 |
4 | 水箱 | 1.5m3 304不銹鋼 | 個 | 1 |
5 | 儲氣罐 | 200L | 個 | 1 |
6 | 消音器 | 碳鋼 | 個 | 1 |
7 | 氣動碟閥 | D971X-16P DN150 | 個 | 1 |
8 | 氣動碟閥 | D971X-16P DN125 | 個 | 1 |
9 | 管線及管件 | 碳鋼 | 套 | 1 |
10 | 空氣壓縮機 | 0.36m3 0.8MPa | 臺 | 1 |
三、檢定管線部分 |
11 | DN150流量計檢定臺（含氣動伸縮器） | | 臺 | 1 |
12 | 氣動球閥DN150 | | 臺 | 1 |
13 | 絕壓變送器 | ±0.075%F.S | 個 | 1 |
14 | 溫度變送器 | Pt100 0-50℃ 0.1℃ | 臺 | 1 |
15 | 管線及管件 | 不銹鋼 | 組 | 1 |
四、計量段部分 |
16 | 滯止容器 | 不銹鋼 | 臺 | 1 |
17 | 背流管 | 不銹鋼 | 臺 | 1 |
18 | 文丘里音速噴嘴 | 1-1024m3/h 0.2% 304不銹鋼 | 個 | 11 |
19 | 密封閥 | | 套 | 11 |
20 | 音速噴嘴安裝管段 | | 套 | 11 |
21 | 絕壓變送器 | ±0.075%F.S | 個 | 3 |
22 | 溫度變送器 | Pt100 0-50℃ 0.1℃ | 臺 | 2 |
23 | 溫濕度傳感器 | 3RH% | 臺 | 1 |
24 | 氣動輔件 | 接頭 氣線 三聯件 | 套 | 1 |
五、微機檢定系統部分 | |
25 | 氣體微機檢定系統 | | 套 | 1 |
26 | 變頻器 | 45KW變頻 | 臺 | 1 |
27 | 變頻器 | 18.5KW | 臺 | 1 |
28 | 變頻柜 | | 套 | 1 |
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