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氣體流量現(xiàn)場校準(zhǔn)過程中常見問題探討

作者: 時(shí)間:2013-10-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 問題的提出

測量中,影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的因素較多,歸納起來主要有以下幾個(gè)方面:①流量計(jì)自身的測量準(zhǔn)確度;②配套數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)的準(zhǔn)確度;③流量測量現(xiàn)場的環(huán)境影響(包括氣體介質(zhì)密度、溫度、流量計(jì)進(jìn)出口壓力、氣源波動(dòng)度、管路系統(tǒng)密閉性等);④流量計(jì)安裝是否符合要求。將流量計(jì)單獨(dú)拆下送實(shí)驗(yàn)室檢定的做法,只能確保流量計(jì)自身的準(zhǔn)確性,根本無法保證實(shí)際使用中流量測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。因此,逐步成為一種勢在必行的發(fā)展趨勢。

目前,國內(nèi)很多計(jì)量站(尤其是與科研生產(chǎn)緊密相關(guān)的二級計(jì)量站)在進(jìn)行氣體流量時(shí),普遍會(huì)遇到標(biāo)準(zhǔn)器現(xiàn)場安裝不便、不確定因素較多、準(zhǔn)確度難以提高等問題。本文以現(xiàn)場校準(zhǔn)最常見的音速噴嘴氣體質(zhì)量流量校準(zhǔn)方法為例,對氣體流量現(xiàn)場校準(zhǔn)準(zhǔn)確度的問題進(jìn)行探討。

2 音速噴嘴法氣體質(zhì)量流量現(xiàn)場校準(zhǔn)原理

音速噴嘴法氣體質(zhì)量流量標(biāo)準(zhǔn)裝置以其攜帶方便、安裝快捷、標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于氣體流量現(xiàn)場校準(zhǔn)中。現(xiàn)場校準(zhǔn)原理如圖1所示,將標(biāo)準(zhǔn)裝置串聯(lián)于被測系統(tǒng)下游,利用音速噴嘴校準(zhǔn)原理———當(dāng)噴嘴出口壓力與入口滯止壓力之比小于等于臨界壓力比r*時(shí)(r*值參照相關(guān)技術(shù)文件得到,空氣為0.528),流經(jīng)音速噴嘴喉部的氣體流速達(dá)到恒定,此時(shí)氣體質(zhì)量流量僅和流過噴嘴入口處的氣體介質(zhì)密度成正比。通過采集噴嘴入口壓力p、氣體溫度T、濕度φ,計(jì)算出流過噴嘴的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量Q標(biāo),與此時(shí)被測系統(tǒng)顯示流量Q被比較,得出被測系統(tǒng)示值誤差ΔQ=Q被-Q標(biāo)。

標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)算公式為

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式中:p為音速噴嘴前滯止絕對壓力,kPa;T為音速噴嘴前滯止絕對溫度,K;k為流量系數(shù);kφ為氣體濕度修正系數(shù)。

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圖1 氣體流量現(xiàn)場校準(zhǔn)原理圖

3 影響現(xiàn)場校準(zhǔn)準(zhǔn)確性的因素及解決方法

3.1 氣源波動(dòng)度

3.1.1 影響原因

現(xiàn)場校準(zhǔn)時(shí)的氣源大多模擬產(chǎn)品實(shí)際使用工況,氣源波動(dòng)度一般較大(通常要大于0.5%),不可能像校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室一樣穩(wěn)定(通常不大于0.05%)。因此,在進(jìn)行流量現(xiàn)場校準(zhǔn)時(shí)普遍存在氣源波動(dòng)大的問題。由流量連續(xù)性原理,流量傳遞需要時(shí)間,若氣源波動(dòng)度大必然會(huì)導(dǎo)致同一時(shí)刻流經(jīng)被校流量計(jì)的流量和流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)器的流量不等(兩者之差計(jì)為Δq),此時(shí)若采用常規(guī)的同步瞬時(shí)讀數(shù)方法讀取被檢流量和標(biāo)準(zhǔn)流量,最終計(jì)算得到的被測系統(tǒng)示值誤差中就會(huì)多出一部分因氣源波動(dòng)而引入的系統(tǒng)誤差Δq,并且波動(dòng)幅度越大,所引入的Δq就可能越大。以氣源波動(dòng)度0.5%為例,其引入的系統(tǒng)誤差所占百分比也可能達(dá)到0.5%。因此,氣源波動(dòng)度較大會(huì)嚴(yán)重降低現(xiàn)場校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。

3.1.2 解決方法

氣源波動(dòng)度對流量校準(zhǔn)結(jié)果的影響,可歸結(jié)于流量傳遞時(shí)間上的延遲,造成流經(jīng)被校流量計(jì)的流量和流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)器的流量不等,從而引入了一個(gè)系統(tǒng)誤差。因此,要降低氣源波動(dòng)度對流量校準(zhǔn)結(jié)果的影響,可以從傳遞時(shí)間延遲和減少系統(tǒng)誤差所占比例兩方面入手。具體解決辦法:①測量被校流量計(jì)和音速噴嘴之間的實(shí)際距離以及氣體流速,計(jì)算出流量傳遞所需時(shí)間Δt,在采集時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)信號采集起止時(shí)間延遲Δt,盡可能確保標(biāo)準(zhǔn)和被校器之間所測流量的同步性。②增加每一校準(zhǔn)點(diǎn)的流量累加時(shí)間T,通過計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)被校和標(biāo)準(zhǔn)比較,得到被測系統(tǒng)示值誤差。如圖2所示,由于增加了累積時(shí)間T,增大了值Q累,從而降低了系統(tǒng)誤差所占的百分比Δq/Q累,達(dá)到了提高校準(zhǔn)準(zhǔn)確性的目的。

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圖2 流量積算示意圖


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