氣體流量現(xiàn)場校準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)果準確性的因素較多，歸納起來主要有以下幾個方面：①流量計自身的測量準確度；②配套數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)的準確度；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、流量計進出口壓力、氣源波動度、管路系統(tǒng)密閉性等）；④流量計安裝是否符合要求。將流量計單獨拆下送實驗室檢定的做法，只能確保流量計自身的準確性，根本無法保證實際使用中流量測量結(jié)果準確可靠。因此，氣體流量現(xiàn)場校準逐步成為一種勢在必行的發(fā)展趨勢。
目前，國內(nèi)很多計量站（尤其是與科研生產(chǎn)緊密相關(guān)的二級計量站）在進行氣體流量現(xiàn)場校準時，普遍會遇到標準器現(xiàn)場安裝不便、現(xiàn)場校準不確定因素較多、準確度難以提高等問題。本文以現(xiàn)場校準最常見的音速噴嘴氣體質(zhì)量流量校準方法為例，對氣體流量現(xiàn)場校準準確度的問題進行探討。
2 音速噴嘴法氣體質(zhì)量流量現(xiàn)場校準原理
音速噴嘴法氣體質(zhì)量流量標準裝置以其攜帶方便、安裝快捷、標準器準確度高等特點被廣泛應(yīng)用于氣體流量現(xiàn)場校準中?，F(xiàn)場校準原理如圖1所示，將標準裝置串聯(lián)于被測系統(tǒng)下游，利用音速噴嘴校準原理———當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（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到恒定，此時氣體質(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，計算出流過噴嘴的標準質(zhì)量流量Q標，與此時被測系統(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。
標準質(zhì)量流量計算公式為
圖1 氣體流量現(xiàn)場校準原理圖
3.1 氣源波動度
3.1.1 影響原因
現(xiàn)場校準時的氣源大多模擬產(chǎn)品實際使用工況，氣源波動度一般較大（通常要大于0.5%），不可能像校準實驗室一樣穩(wěn)定（通常不大于0.05%）。因此，在進行流量現(xiàn)場校準時普遍存在氣源波動大的問題。由流量連續(xù)性原理，流量傳遞需要時間，若氣源波動度大必然會導(dǎo)致同一時刻流經(jīng)被校流量計的流量和流經(jīng)標準器的流量不等（兩者之差計為Δq），此時若采用常規(guī)的同步瞬時讀數(shù)方法讀取被檢流量和標準流量，最終計算得到的被測系統(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到0.5%。因此，氣源波動度較大會嚴重降低現(xiàn)場校準的準確性。
3.1.2 解決方法
氣源波動度對流量校準結(jié)果的影響，可歸結(jié)于流量傳遞時間上的延遲，造成流經(jīng)被校流量計的流量和流經(jīng)標準器的流量不等，從而引入了一個系統(tǒng)誤差。因此，要降低氣源波動度對流量校準結(jié)果的影響，可以從傳遞時間延遲和減少系統(tǒng)誤差所占比例兩方面入手。具體解決辦法：①測量被校流量計和音速噴嘴之間的實際距離以及氣體流速，計算出流量傳遞所需時間Δt，在采集時將標準信號采集起止時間延遲Δt，盡可能確保標準和被校器之間所測流量的同步性。②增加每一校準點的流量累加時間T，通過計算這段時間內(nèi)被校累積流量和標準累積流量比較，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，達到了提高校準準確性的目的。
圖2 流量積算示意圖
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