李傻：临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置的技术探讨 四 临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置的技术探讨 李 俊 （常州市计量测试技术研究所，江苏常州２１３１６４） 摘要：临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置（装置）是以临界流文丘利喷嘴作为流量标准，采用标准流量计比较法原理进行流量计的检测。装置的结 构、原理、设计制造进行技术探讨和分析。 关键词：临界流文丘利喷嘴；临界压力比；滞止容器 中图分类号：ＴＰ６ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４１０．５５ ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４—６９４１．２０１５．０３．０２５ Ｉ）ｉｓｅｕｓｓｉｏｎ ＯＨ ｔｈｅ Ｃｒｉｉｔｃａｌ Ｆｌｏｗ Ｖｅｎｔｕｒｉ Ｎｏｚｚｌｅ Ｇａｓ Ｆｌｏｗ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉ Ｊｕｎ 标准Ｉ临界流文丘利喷嘴（以下简称喷嘴）是临界流 文丘利喷嘴法气体流量标准装置（以下简称装置）的核 Ｐ“ ２ Ｐ０ ，ｃ＋１ 心元件。装置是以喷嘴组作标准表、以空气作为稳定气 源、采用吸人式负压检定方式来检测气体流量计。装置 可以检测质量流量计、涡街流量计、涡轮流量计、气体容 积式流量计等。装置结构如图１所示 式中：Ｋ一气体的比热容； 一音速喷嘴的下游出口 压力；Ｐ。一音速喷嘴上游人口的滞止压力。对于空气，，ｃ ＝１．４，则 ＝０．５２８ ｆ０ Ｐ， 在理想条件下，临界流文丘利喷嘴的质量流量公式： Ａ×。ｉ×Ｐ０ ， 面 式中：ｑｍｉ一喷嘴在理想条件下的质量流量，ｋｇ／ｓ； Ａ一喷嘴的喉部面积，ｍ ；Ｃｉ一气体在理想条件下的临界 流函数；Ｐ。一喷嘴前的气体滞止绝对压力，Ｐａ；ｒ０一喷嘴 前的气体滞止绝对温度，Ｋ； 一气体常数。 在实际条件下，临界流文丘利喷嘴的质量流量公式： Ａ×ｃ×ｃ ×Ｐｏ 图１ 动力装置一般选择水环式真空泵，配置冷却塔、水 ‰ — ｊ 一 式中：ｇ 一喷嘴在实际条件下的质量流量，ｋｇ／ｓ；ｃ 一 气体在实际条件下的临界流函数，由查表计算得出；Ｃ为 流出系数，由试验的方法得出，喷嘴送检由上一级计量检 测部门给出。 滞止容器的形状，中间为长圆筒面，两端为椭球面， 水平放置。滞止容器不宜过大，滞止容器的壁厚应当满 足一定要求，否则在使用过程中会产生较大的噪音和振 动。一般壁厚为８ｍｍ以上。根据实验证明，开启小喷嘴 检测小流量时，过大的滞止容器会对流量稳定性造成影 响，尤其是在检涣４气体腰轮流量计等具有运动部件的流 量计时，始动或运行过程中的卡顿现象所引起的流量波 （下转第５２页） 泵、水池等。为了调整气体人口流场和降低噪音，还需在 人口处安器。被检表的前后直管段应足够长。有 的装置还会选用风机作为动力装置，只要其提供的真空 度能满足喷嘴的临界压力比要求也可以使用。 当气流处于亚音速时，喷嘴喉部的气体流速将随节 流压力比（喷嘴出口压力 与上游滞止压力 之比）的 减小而增大。当节流压力比减小到一定值时，喉部流速 将达到最大流速——音速，即所谓的临界流，此时如果 Ｐ。不变Ｐ。减小（即减小节流压力比）流速将保持不变，流 速不再受下游压力的影响。此时的喷嘴称之为临界流文 丘利喷嘴，此时的节流压力比称之为临界压力比。在理 想条件下，从理论上可推导出临界压力比的计算公式： 收稿日期：２０１５—０３～１０ 函 三相电源 零线 计量与测试技术）２ｏ１５丰４２卷第３期 的提高，形成工厂化、规模化的实验室环境。 对检测台 成效二：作业条件明显提高，使设备的使用、维修更 加方便简捷，有效解决了原有设备状态无法直观判断的安 全隐患，降低了设备故障率和减少了设施设备维护费用。 成效三：具有外形美观大方，操作直观、简单、方便， 绿色指标灯 红色指示灯 图４控制系统工作原理图 ４系统创新要点 该项系统是国内首次将专用计算机折叠式伸缩门机 柜，光电隔离的前端信号检测部分、以单片计算机为核心 构成的智能嵌入式系统、报警灯等，应用在检定装置管理 工作上。将工况信号与检定装置的启动、运行、关闭等状 态信息联系在一起。专用计算机折叠式伸缩门机柜按照 组合式框架结构设计，将计算机的数据、通信、电源电缆， 通过控制折叠式伸缩门机柜的专用通道与计算机相连， 使线缆相对集中、安全、稳定，使拆卸和安装更加方便、快 捷、规范，使折叠式伸缩门机柜内空气流通，散热性能良 好，保证设备运行可靠性。并结合工况系统体现管理功 能，选取高性能芯片为处理器单元，数字电路、单片 机处理为控制单元，运用计算机信号采集、通讯等技术， 保证系统的稳定性与安全性，将检定台监测模块作为检 定装制前端设备，由控制发送不同的指令，监测模块侦测 到的电信号直接反映在到灯光指示系统上，在指示灯上 进行显示，明确、清楚显示三种状态信号，以提示现场操 作人员目前设备的运行状态，确保了现场优质的作业环 境，规范的作业条件，实现标准化管理。 ５应用成果成效 状态捕捉准确，信号指示明确的特点，确保了实验场所人 身和设备安全，起到了安全防护的作用。 成效四：折叠式伸缩门机柜占地面积小、节约空间， 操作时机柜门缩人机柜内，不再阻挡工作人员视线，规范 各类操作工器具置放位置，增加操作可靠性和安全性。 机柜能防尘、防误撞、防小动物进入，避免了因小动物造 成的线缆损伤。 ６结束语 检定装置专用折叠式伸缩门机柜及工况指示系统的 成功研制和应用，规范生产工作流程，实现对检定设备工 作状态的实时监测，实现质量、技术、规范和安全生产的 关键环节控制，解决了检定装置原有设备状态无法直观 判断，以及线路交叉混乱，难以形成集约化、规模化、规范 化管理的难题，合理利用了实验室有限空间，使设备的使 该项系统是国内首次应用在检定装置上，首次将工 况系统与检定装置的启动、运行、关闭等状态信息联系在 一用、维修更加方便简捷，便于操控，并起到防尘、防小动物 进入的作用。 折叠式伸缩门机柜现已获得国家实用新型专利，检 定装置专用折叠式伸缩门机柜及工况指示系统获得四川 省电力公司科技进步三等奖，国网成都供电公司科技进 步二等奖等荣誉，并在国网成都供电公司得到全面使用， 使用效果良好，现３５套电能表检定装置均配备了检定装 置专用折叠式伸缩门机柜和工况信号指示采集系统，现 四川省电力公司计量中心及省内地市公司检定装置配置 中均已借鉴了该项设计。因该系统具有可操作性和适用 性，应用前景良好。 作者简介：范蕾，女，工程师。工作单位：国网天府新区供电公司。通讯地 址：６１００２１成都市锦江区天仙桥南路９号。 起，属计量部自主研发的成果。 成效一：实验室环境明显改善，使检定设备达到了最 佳工作状态，便于资源的有效优化利用和检定工作效率 （上接第４９页） 动会维持很长时间。鉴于该情况，考虑采用两段式滞止 周莉纱，贾菱，周翔，国网成都供电公司客户服务中一ｆＡｋ￣（成都６１０１３２１）。 容器，在装置检测小流量时，关闭阀门，仅小滞止容器有 效；其余情况下打开阀门，两个滞止容器同时有效。两个 滞止容器各带温度和压力传感器。 流量计信号的采集有自动和手动两种方式，以适应 不同仪表输出信号的要求。装置应可以接受（４～２０）ｍＡ 模拟信号、高频信号、低频信号。通过光电采样器读取黑 入读数。另外在检测开关量信号输出的仪表时，还需配 备开关量输入隔离式安全栅。 为了提高装置整体的准确度等级应配备准确度等级 较高和稳定性较好的温度、压力变送器。动力装置的配 备应能满足喷嘴流量所能达到的要求，要经济合理，对每 台真空泵安装变频器。在对实验室进行整体设计时应考 虑隔音、防震和接地。 作者简介：李俊，男，：］：程帅。工作单位：常州市计量测试技术研究所。通 讯地址：２１３１６４江苏省常州市武进区湖塘镇鸣新中路ｌ６号。 白轮或反光点读取脉冲信号，这种采集信号的方式在检 测气体腰轮流量计小流量时非常好用。还可以通过实时 显示摄像画面，可控制摄像机进行抓拍，系统接收手动输
