高江+邢西鋒+楊嘉泉

摘 要： 針對音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在校準(zhǔn)過程中遇到的問題，結(jié)合原理分析和試驗驗證，對裝置氣密性試驗、臨界背壓比試驗及裝置不確定度確定等校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法進(jìn)行了研究，提出了針對正壓法音速噴嘴法氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置氣密性測試方法、背壓比試驗方法，對不確定度評定提出改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞： 音速噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置；臨界背壓比；儀表系數(shù)；氣密性

中圖分類號：TH71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言

以音速噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)表的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，以其結(jié)構(gòu)簡單、無可動部件、準(zhǔn)確度高、維修方便等特點在氣體流量計的檢定和校準(zhǔn)工作中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)氣源滯止壓力的不同，音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置又分為負(fù)壓裝置和正壓裝置兩種。負(fù)壓裝置采用真空泵作為動力源，噴嘴滯止壓力為大氣壓力，只能通過噴嘴數(shù)目的增加或噴嘴口徑的增加來增大流量范圍。正壓裝置采用空氣壓縮機(jī)為動力源，可以對噴嘴制止壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，工況同流量計的工作條件接近，且容易實現(xiàn)較寬的流量范圍。目前針對音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)工作依據(jù)JJF 1240-2010《臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)規(guī)范》進(jìn)行，在實際校準(zhǔn)中遇到一些疑問，下文進(jìn)行分析討論。

2 問題的提出

根據(jù)JJF 1240-2010，校準(zhǔn)項目主要有外觀檢查和資料審查、密封性試驗、臨界背壓比試驗、裝置穩(wěn)定性四項，并給出了裝置不確定度計算方法和濕度修正方法。正壓裝置因為增加了除濕設(shè)備，故其不需要進(jìn)行濕度修正。

2.1氣密性試驗

在JJF 1240-2010中針對負(fù)壓裝置給出了密封性試驗方法，要求開啟真空泵使裝置達(dá)到最小壓力后，關(guān)閉噴嘴前后的相關(guān)閥門，保持5 min。首先，在實際校準(zhǔn)工作中，密封性是評價氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的首要指標(biāo)，密封性相關(guān)問題在被檢流量計的夾裝工位非常關(guān)鍵，JJF 1240-2010中“關(guān)閉噴嘴前后相關(guān)閥門”進(jìn)行密封性試驗的規(guī)定無法保證對被檢流量計夾裝工位密封性的檢測。第二，以上試驗方法不適用于正壓裝置。

2.2 臨界背壓比試驗

JJF 1240-2010中要求在標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行臨界背壓比試驗，要求將試驗用流量計（或組）安裝在標(biāo)準(zhǔn)裝置上，選定待測噴嘴，開啟裝置中的真空泵，當(dāng)背壓比達(dá)到某一值，關(guān)閉真空泵，記錄此時試驗用流量計（或組）顯示的流量值和背壓比。背壓比每增加一個固定值，記錄實驗用表顯示的流量值及背壓比。當(dāng)試驗用流量計顯示的流量示值剛剛開始下降時的背壓比即為該噴嘴的背壓比。此方法是基于負(fù)壓裝置的滯止壓力即為大氣壓力恒定、滯止溫度恒定，噴嘴保持在臨界狀態(tài)時流量不變的基礎(chǔ)上，通過噴嘴后壓力的改變，背壓比隨之改變而實現(xiàn)的。而正壓裝置是滯止壓力可調(diào)，噴嘴后壓力基本恒定，與負(fù)壓裝置壓力控制系統(tǒng)完全不同，所以此測試背壓比的方法不適用于正壓裝置。

2.3 不確定度評定

JJF 1240-2010中就多噴嘴組合的情況，提出其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度選取各噴嘴中最大的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度與計時器相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成，未考慮多噴嘴組合使用時噴嘴之間互相影響所帶來的不確定度。

3 問題的分析

3.1 密封性測試方法探討

密封性試驗須將被檢流量計夾裝工位包含在內(nèi)，在規(guī)程中應(yīng)明確指出。夾裝工位產(chǎn)生泄漏，必然會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，尤其是小流量點的檢定中可能產(chǎn)生較大的影響。正壓裝置動力源為空氣壓縮機(jī)，滯止容器前壓力由儲氣調(diào)節(jié)單元控制，正壓裝置的氣密性試驗可通過動力源給氣，達(dá)到一定壓力后，可參考負(fù)壓裝置的試驗方法調(diào)整為：啟動控制設(shè)備，關(guān)閉排氣出口閥門或用可承壓部件封閉裝置排氣出口，被檢流量計夾裝工位用相應(yīng)口徑流量計或接管密封連接，運行裝置。開啟穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)閥門，使滯止壓力達(dá)到裝置最大值，關(guān)閉滯止容器前的相關(guān)閥門，保持5min，裝置滯止容器內(nèi)絕對壓力與絕對溫度比值的變化率應(yīng)不超過0.1%。在工作壓力下，裝置各部件的連接處應(yīng)無泄漏。

由于夾裝工位的泄漏存在隨機(jī)性，且泄漏量具有不確定性，可能導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)裝置的重復(fù)性較差，所以校準(zhǔn)過程中還應(yīng)關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)裝置是否具備夾裝工位的檢漏設(shè)施及其他保障措施。

3.2 正壓裝置臨界背壓比確定方法

正壓裝置可以通過調(diào)節(jié)噴嘴前滯止壓力從而控制噴嘴流量，但由于噴嘴的安裝及其他原因?qū)е碌奶崆胺芹杖纫蛩氐挠绊?，噴嘴安裝到標(biāo)準(zhǔn)裝置上運行過程中實際臨界背壓比可能遠(yuǎn)低于噴嘴設(shè)計背壓比。無法保證噴嘴的臨界背壓比，就無法保證流量數(shù)據(jù)科學(xué)準(zhǔn)確，所以，正壓裝置噴嘴的臨界背壓比的試驗非常的必要。

根據(jù)流量計在小流量范圍內(nèi)儀表系數(shù)近似恒定的原理，選擇穩(wěn)定性較好的試驗流量計，針對指定噴嘴進(jìn)行試驗，逐漸按一固定值逐漸減小滯止壓力，壓力穩(wěn)定后記錄噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置流量和實驗得到的流量計的儀表系數(shù)。當(dāng)儀表系數(shù)劇烈波動處的背壓比即為該噴嘴的背壓比。

3.3 噴嘴組合不確定度評定方法探討

噴嘴在組合使用時，噴嘴之間存在相互影響，影響因素的大小又因噴嘴的加工、安裝和使用影響等的不同而不同。根據(jù)李鵬的實驗研究可知，噴嘴之間的影響引入的不確定度會超過標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度三分之一[8]。所以在臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評定時，需要針對噴嘴組合使用時噴嘴間相互影響所帶來的不確定度進(jìn)行試驗研究。

試驗可以選定重復(fù)性較好的試驗流量計，測試噴嘴的各種組合形式下流量計儀表系數(shù)，消除儀表系數(shù)隨流量變化的影響后，可得出各種噴嘴組合形式所帶來的不確定度。

4 結(jié)論

音速噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置在進(jìn)行氣密性試驗時應(yīng)將被檢流量計夾裝工位包括在內(nèi)。對正壓裝置的氣密性試驗可采用上述方法。

正壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)過程中，噴嘴背壓比可通過上述方法進(jìn)行試驗。

氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評定過程中應(yīng)當(dāng)先對噴嘴組合使用情況進(jìn)行試驗，將噴嘴間的相互影響帶來的不確定度納入到標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評定中?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：高江（1989），男，陜西榆林，本科，主要從事氣體流量試驗研究。