氣體流量現(xiàn)場校準(zhǔn)過程中常見問題探討
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在氣體流量測量中，影響氣體流量測量結(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，氣體流量現(xiàn)場校準(zhǔn)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)行氣體流量現(xiàn)場校準(zhǔn)時(shí)，普遍會遇到標(biāo)準(zhǔn)器現(xiàn)場安裝不便、現(xiàn)場校準(zhǔn)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?，F(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
圖1 氣體流量現(xiàn)場校準(zhǔn)原理圖
3.1 氣源波動度
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，若氣源波動度大必然會導(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)示值誤差中就會多出一部分因氣源波動而引入的系統(tǒng)誤差Δq，并且波動幅度越大，所引入的Δq就可能越大。以氣源波動度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，氣源波動度較大會嚴(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)被校累積流量和標(biāo)準(zhǔn)累積流量比較，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，增大了累積流量值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。
圖2 流量積算示意圖
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