音速喷嘴气体流量标准装置测量不确定度评定

1 引 言

    临界流文丘里喷咀（亦称音速文丘里喷咀，音速喷咀等）国际标准 ISO9300（1990）颁布已有十余年了。十余年来国际上对音速喷咀的研究试验无论在广度或深度上都有新的发展。在实际应用中临界流文丘里喷嘴作为气 体流量传递标准已得到普遍采用，在天然气输气干线实流校验装置上已作为最通用的流量标准使用，它在城市天然气流量计急需的流量标准装置中愈来愈成为主要的 传递标准。世界上著名气体流量标准装置普遍采用它作为流量传递标准，美国的西南天然气研究院、英国国家工程实验室等都是采用的音速喷嘴作为次级标准，在气 体流量标准装置的国际装置比对（它是统一流量量值的一种通用方法）中是最常用的一类传递标准组件。

    采用临界流文丘利喷嘴做为流量标准，用比较法原理对流量计进行检定和校准，音速喷嘴法气体流量标准装置适用于对各种气体流量计的检测和校准, 可以检测质量流量计、速度式流量计、容积式流量计、转子流量计、差压式流量计或其它种类的流量计。

2 标准装置的工作原理及组成部分

2.1 气体流量标准装置由五部分组成

    （a）气源部分，它用于产生气体负压流动。该部分由真空泵、阀门组、缓冲容器组成。另外还有给真空泵的供水排水系统。

    （b）音速喷嘴组计量核心部分。该部分有 11 只标准流量计- - 临界流文丘利喷嘴、滞止容器、背压容器、选择喷嘴的阀门组件。为了进行准确计算，喷嘴前后设有高精度的压力变送器，温度变送器，提供喷嘴前滞止压力和滞止温度以及喷嘴后的背压值。

    （c）被检流量计及管路系统。该部分包括：六条被 检 流 量 计 管 线 ，DN80，DN100，DN150，DN200，DN250。

    被检表夹表平台，其中有气动夹具、蜗轮蜗杆升降检验平台。被检表处的温度压力传感器。被检信号输出接线盒，被检表信号有：脉冲输出、被检表电源、地线、模拟量信号和开关量信号。

    （d）气路系统。该系统由空压机为气源，提供装夹被检表气源和气动阀门气源并用于在标定过程控制音速喷嘴的开和关，以建立不同的流量点。

    （e）数据采集与处理系统。该系统以工控计算机为中心进行控制、数据采集、数据处理。

2.2 工作原理

    根据气体动力学原理，当气体通过临界流喷嘴时，喷嘴上、下游气流压力比达到某一特定数值的条件下，在喷嘴喉部形成临界流状态，气流达到最大速度（音速）。流过喷嘴的气体质量流量也达到最大值q_m。此时 q_m只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关，而不受其下游状态变化的影响。