标准表法流量标准装置数学模型的建立及应用

　　0　引言

　　流量标准装置就是能够复现流量量值,并最终溯源到基本量的国家基准的试验装置。其最主要的用途就是对流量计进行检测。作为传递标准装置,与其他方法的流量标准装置相比较,标准表法流量标准装置具有结构简单、操作方便、工作效率高、经济实用等特点。特别是以同类流量计为标准流量计的标准表法流量标准装置,被流量计生产厂家广泛采用。考虑到标准流量计的溯源问题,标准流量计的口径不宜过大。因此,当检测大口径的流量计时,可采用多台小口径的标准流量计并联使用的方法。下面以气体涡街流量计为例展开讨论。

　　1　检测原理

　　标准表法流量标准装置是利用流体力学的连续性原理,以标准流量计为标准器,将标准流量计与被检流量计串联,使流体在相同的时间间隔内连续流过标准流量计和被检流量计,比较两者的输出值,从而确定被检流量计的计量性能。

　　2　检测方法及数学模型

　　2.1　一台标准流量计单独使用时的数学模型

　　图1为一台标准流量计单独使用的检测系统。

　　由于标准流量计s与被检流量计t串联于同一管道中,在流动稳定的情况下,任何时刻流过标准流量计s的质量流量Qms和流过被检流量计t的质量流量Qmt都相等,即Qms=Qmt。

　　在检测介质为空气的情况下,如空气在检测过程中成分不变,将标准流量计s处的状态和被检流量计t处的状态均换算到标准状态:

　　由气态方程:　

　　有:　

　　用体积流量表示为:

　　涡街流量计的仪表系数定义为:

　　则

　　将式(2)代入式(3)并对其进行整理

　　即得

　　式中:Ks、Kt分别为标准流量计和被检流量计的仪表系数,1/m3;ps、pt分别为标准流量计处和被检流量计处的绝对压力,Pa;Ts、Tt分别为标准流量计处和被检流量计处的热力学温度,K;Ns、Nt分别为同一时间间隔内标准流量计和被检流量计输出的脉冲数。

　　2.2　多台标准流量计并联使用时的数学模型

　　图2为多台标准流量计并联使用的检测系统。

　　在流动稳定的情况下,任何时刻流过被检流量计t的质量流量Qmt等于流过各个标准流量计si的质量流量之和,即

　　用体积量表示为

　　ρsi和ρt分别为标准流量计si处和被检流量计t处流体的密度。

　　则

　　对于可压缩气体,温度T、压力p和密度ρ有如下关系: