一種新型的車載音速噴嘴氣體流量檢定系統(tǒng)

　　
式中: M-工況狀態(tài)下的質(zhì)量流量，lb；
P-殼體內(nèi)壓力，1b/in2(絕)；
A-噴嘴喉部的截面積，in2；Arkla噴嘴直徑的范圍為0.0620-0.9941in，因此，其面積范圍約為0.003-0.776in2；
C-臨界流量系數(shù)，它是比熱值的函數(shù)(等炳流量常數(shù))。它是一個(gè)與氣體流動(dòng)狀態(tài)下的氣體聲速有關(guān)的參數(shù)。在Arkla的系統(tǒng)中，有代表性的天然氣估算的臨界流量系數(shù)值是0.7(無量綱)。該值　　　　與壓力和溫度有關(guān)。C是用色譜儀分析計(jì)算出的分子百分量計(jì)算而來的；
Cd-流出系數(shù)，或?qū)嶋H質(zhì)量流量除以理論質(zhì)量流量得的數(shù)。簡(jiǎn)言之,它是噴嘴設(shè)計(jì)的效率,對(duì)不同的噴嘴它是不同的，并且是通過標(biāo)定確定的。Arkla的噴嘴流出系數(shù)范圍為0.96-1.0(無量綱)；
R-氣體常數(shù)，其值是48.03除以氣體分子量;由氣相色譜儀分析計(jì)算的被測(cè)氣體的分子量也用于此;
T-殼體內(nèi)的溫度，R(H 460)。
容積流量是質(zhì)量流量除以密度，密度等于P/ZRT，容積流量用下式計(jì)算：　　

　　
式中: V-容積流量；
Z-殼體內(nèi)的壓縮系數(shù)(R.C.Johnson，不是AGA)，是一個(gè)接近1的數(shù)值。氣相色譜儀分析計(jì)算的分子量和氣體組分可以用于此；
Rv-氣體常數(shù)，等于2.398除以氣體分子量。氣相色譜儀計(jì)算的分子量也用于此。R和Rv已被調(diào)整為工程單位。

五、檢定工藝流程

氣體流經(jīng)渦輪流量計(jì)，然后經(jīng)過數(shù)控閥并送出4個(gè)信號(hào)，如圖2所示。測(cè)量氣體壓力和溫度的兩個(gè)信號(hào)，另外2個(gè)脈沖信號(hào)來自渦輪流量計(jì)的脈沖發(fā)訊器和來自數(shù)控閥的質(zhì)量流量信號(hào)。需注意的是渦輪流量計(jì)的脈沖信號(hào)取自轉(zhuǎn)換齒輪下部。



圖2 檢定系統(tǒng)流程圖

當(dāng)流量計(jì)旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，計(jì)算機(jī)測(cè)得裝在渦輪流量計(jì)上發(fā)訊盤發(fā)出的數(shù)據(jù)。第一級(jí)齒輪是中間變速輪，對(duì)于Rockwell渦輪流量計(jì)和American流量計(jì)，它們的輸入輸出比為122.0555-l。第二級(jí)齒輪是變速齒輪，其輸入輸出比在1和2比1之間。
流量計(jì)記數(shù)器固定在變速齒輪頂部，根據(jù)儀表口徑不同，輸出軸每轉(zhuǎn)一圈記數(shù)器讀數(shù)是100或1000 Acf。對(duì)3-6in的流量計(jì)，記數(shù)器與輸出軸的比是100:1；因此，變速齒輪上面的輸出軸每轉(zhuǎn)一圈代表1ft3，對(duì)于8in或更大的流量計(jì)，記數(shù)器與輸出軸間的比是1000:1。流量計(jì)信號(hào)、中間齒輪、變速齒輪和記數(shù)器給出的結(jié)果是實(shí)際工況下的立方英尺流量(Acf)。
壓力、容積、溫度(PVT)圖表安裝在記數(shù)器的上部并用來校驗(yàn)記數(shù)器。
計(jì)算機(jī)輸入儀表溫度和壓力，并應(yīng)用儀表測(cè)量的Acfh計(jì)算出Scfh(標(biāo)準(zhǔn)A3/h)；以lb為單位的質(zhì)量流量是計(jì)算機(jī)從數(shù)控閥中獲取數(shù)據(jù)除以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度值。在系統(tǒng)中流經(jīng)渦輪流量計(jì)而后又通過數(shù)控閥的氣體，其質(zhì)量流量在各處都是一個(gè)常量。
然而，以實(shí)際立方英尺的容積流量隨著氣體的組分、溫度、壓力而改變。因此，在閥體的容積流量與渦輪流量計(jì)處的容積流量不同。對(duì)于一定的質(zhì)量流量，當(dāng)氣體密度增加時(shí)，實(shí)際容積流量(Acfh)減小。閥體中的容積流量高于其在渦輪流量計(jì)處的流量--這是因?yàn)殚y進(jìn)口的壓力低于渦輪流量計(jì)處的壓力，使流體流速略有升高。這就是為什么閥門和流量計(jì)處的壓力和溫度都需要測(cè)量的原因。
渦輪流量計(jì)指示的Scfh和數(shù)控閥給出的Scfh之間的差即是渦輪流量計(jì)在該流量點(diǎn)的誤差。該誤差是相對(duì)于百分流量繪制的百分誤差。這個(gè)百分儀表誤差曲線是以實(shí)際流量對(duì)一個(gè)專門的儀表尺常數(shù)繪制的。通過輸入計(jì)算機(jī)一個(gè)不同的變速比可以很容易改變K常數(shù)(脈沖數(shù)/ft3)。
為了得到最小的誤差，可以通過軟件程序應(yīng)用不同尺寸的噴嘴，并可以通過改變齒輪傳動(dòng)比對(duì)渦輪流量計(jì)實(shí)現(xiàn)檢定。使用軟件程序可以節(jié)約時(shí)間并省力，而實(shí)際上代替了改變齒輪傳動(dòng)比并且可反復(fù)對(duì)流量計(jì)檢定，直到取得一個(gè)理想的結(jié)果。用10個(gè)不同流量點(diǎn)的檢定結(jié)果可以繪制出詳細(xì)的圖表。

六、結(jié)束語

Arkla公司的車載音速噴嘴氣體流量檢定系統(tǒng)應(yīng)用于檢定工作狀態(tài)下的渦輪流量計(jì)已有5年時(shí)間，并且已完成了3500多臺(tái)流量計(jì)的檢定。結(jié)果表明從未出現(xiàn)過氣體泄漏問題，大大地提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。