微小流量pVTt法气体流量标准装置的研制

　　0 引 言

　　pVTt 法气体流量标准装置是测量气体质量流量的一种高精度标准装置，其主要用途用于检定临界流流量计(即人们常说的音速喷嘴)的流出系数。国内越来越多生产企业特别是燃气表生产企业以及部分省市级法定计量技术机构等使用音速喷嘴作为标准流量计，开展燃气表、涡轮、腰轮、旋进漩涡、涡街等各种气体流量计的和出厂检测。

　　目前国内现有的p V T t 法装置，其标准容器最大的有20m3，最小的为200L，其流量范围为(0.1～2000)m3/h，而随着音速喷嘴使用领域不断拓展，其流量向微小流量和大流量方向发展。

　　重庆市计量质量检测研究院于2 0 0 8 年建立了一套20LpVTt法0.1级气体流量标准装置，该装置可检测音速喷嘴的流量范围为(0.001～0.5)m3/h，填补了国内无检定流量小于0.5m3/h音速喷嘴的pVTt法气体流量标准装置的空白，同时目前也正在研制标准容器为30m3pVTt 法气体流量标准装置。本文就20LpVTt 法气体流量标准装置作一些阐述。

　　1 装置设计原理的选择

　　音速喷嘴具有如下特性：当音速喷嘴的上游压力和下游压力满足一定的背压比时，即下游压力和上游压力之比小于等于临界压力比时，音速喷嘴喉部的气流速度达到音速，此时流过音速喷嘴的气体质量流量只与其上游的压力有关，这时无论怎样降低喷嘴下游的压力，流经喷嘴的气体质量流量不变，因此只要控制喷嘴背压比，采用mt 法和pVTt 法就可测量出流经喷嘴的质量流量进而得到音速喷嘴流出系数。

　　mt 法和pVTt 法实际上没有本质区别，前者采用高准确度高分辨率电子称( 或者电子天平) 直接测量出充气质量Δm ，后者通过测量标准容器内充气前后的气体压力、温度，采用气体状态方程计算得到充气质量Δm 。但m t 法对称量要求高且受标准容器静重量(即皮重)限制，往往是充气质量Δm 远小于容器静重量。目前，国内外较少使用mt 法，多数采用pVTt 法，特别是微小流量充气质量Δm 本身比较少，因此采用的p V T t 法气体流量标准装置检定微小流量音速喷嘴更易实现。

　　2 pVTt法工作原理

　　采用负压吸入法设计整套装置，真空泵抽真空形成负压使喷嘴前后压力小于临界背压比，形成临界流，喷嘴喉部流速为当地音速;采用高准确的绝对压力变送器和高准确度高分辨度的温度传感器分辨测量喷嘴处、容器内充气前后的压力级温度;采用高准确度晶振和工控计数卡，以硬件方式测量充气时间Δt;通过测量标准容器内充气前后压力、温度计算得到充气质量Δm ，根据有关公式由计算机自动处理得到喷嘴流出系数C 。