專利名稱：一種大流量氣體管道均速管流量計風洞校驗方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流量計校驗技術，特別涉及一種適合于大流量氣體管道均速管流量計的風洞校驗方法。
背景技術：
插入式均速管流量計的校驗方法可分為二種流量計法和流速計法。流量計法是對整臺傳感器，包括測量頭、插入桿、插入機構、轉換器和測量管道(儀表殼體)進行較驗。一般的氣體流量標準裝置是按流量計法設計的，其實驗方法可分為容積法、質量法、標準流量計法和速度面積法。其中對于流量較大的情況，較為典型的裝置有鐘罩式氣體流量裝置、PVTt法氣體流量標準裝置、Mt法氣體流量標準裝置和音速噴嘴。
鐘罩式氣體流量裝置是檢定氣體流量傳遞標準和氣體流量儀表的主要設備之一，在國內外已經大量使用。這種裝置的工作壓力一般小于10000Pa，最大流量由鐘罩的體積及測試技術決定，目前國內定型產品的鐘罩容積有50～10000L之間多種規(guī)格，測量的最大流量可達4500m3/h，裝置不確定度一般優(yōu)于±0.5％，最高可達±0.2％。PVTt和Mt法氣體流量標準裝置通常用來檢定作為傳遞標準的音速噴嘴，也可檢定其它高精度的流量計，流量范圍約在2.3×10-5～5kg/s，裝置不確定度優(yōu)于±0.1％。標準流量計法氣體流量裝置是校驗氣體流量計的常用裝置，由于它使用方便，校驗費用省，所以深受用戶的歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量標準裝置。音速噴嘴是標準表的一種，由于它精度高、復現性好，是近年來發(fā)展較快的傳遞標準。音速噴嘴流量校驗裝置往往是并聯多只音速噴嘴來校驗流量儀表的。PTB(德國物理技術研究院)采用并聯16只音速文丘里噴嘴來校驗工業(yè)煤氣表和其它氣體流量儀表。它有5個口徑從100mm到400mm的輸入頭法蘭可以連接到實驗管路，可產生數千種50～5500m3/h的不同流量，以校驗試驗管路上的總量儀表或流量儀表。裝置的相對不確定度為±0.06％。這幾種氣體流量標準裝置從其用途、參數(流量)范圍和造價來看都不適合作為大口徑、大流量管道氣體流量計的校驗標準裝置。
對于大流量氣體管道流量計的校驗來說，以風洞作為流量標準裝置是可行的。風洞試驗段/工作段內流速可以認為是均勻分布，因此只要用皮托管等流速測量方法測量工作段某點的流速就可以根據流速和流通面積的乘積得到準確的流量。風洞出口連接校驗管道，該管道設計足夠的長度以保證充分發(fā)展管流的形成。被校流量計插入充分發(fā)展管流試驗段，管道內的標準流量由前部的風洞來確定，就可以進行流量計校驗了。但是，這里有幾個問題(1)應用這種方法，實驗管道直徑應與實際管道相對應，校驗不同尺寸的流量計時要更換實驗管道，非常麻煩；(2)如此多的實驗管道需要大量的投資，并需要占用很大的實驗室面積；(3)對于超大口徑管道，例如直徑2.8m，為保證管內流動充分發(fā)展，需要直管段長度超過100m，無論從場地和投資來說都是不現實的。
流速計法是流量校驗的另外一種方法，該方法中僅校驗傳感器的測量頭，把測量頭作為一臺流速計來校驗。首先測得測量頭的流速儀表系數，然后根據現場的流體及管道條件(主要為流速分布)確定幾個修正系數(速度分布修正系數、阻塞系數及干擾系數)和管道橫截面面積推算流量計的儀表系數(流量儀表系數)。這種方法的優(yōu)點是(1)校驗設備較易解決.日常校驗費用低廉.在長期校驗資料的積累下可能予以標準化；(2)流速計法各修正系數有許多資料可參考。流速計法的校驗設備為低速風洞。低速風洞由收縮段、試驗段、擴散段和驅動裝置(風扇)等組成。測量頭插于試驗段靜止不動。風機產生一定流速的氣流吹過測量頭。氣流標準流速一般用皮托管確定。改變氣流流速求得流速與儀表信號關系即可確定測量頭的流速儀表系數。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是要解決大口徑、大流量氣體管道均速管流量計的校驗問題。提供一種大流量氣體管道均速管流量計風洞校驗方法，涉及一個校驗風洞和一個含有風洞試驗段和充分發(fā)展管流試驗段兩個校驗段的速度分布修正系數測試系統，完成流量系數的測定。
本發(fā)明采用的技術方案是1、一種大流量氣體管道均速管流量計風洞校驗方法，被校流量計在風洞試驗段內進行測試，獲得流量計流速系數，然后結合速度分布修正系數得到流量計流量系數；2、校驗設備為一低速風洞，風洞工作段作為流量計校驗的試驗段；空氣經風洞入口、蜂窩器、阻尼網、穩(wěn)定段和風洞收縮段整流后進入風洞試驗段，風洞試驗段截面速度分布非常均勻，因此，將一只皮托管和被校流量計同時插入風洞試驗段。由于用皮托管可以得到準確風速，根據微差壓變送器輸出的被校流量計差壓，就可以得到被校流量計的流速系數；得到流速系數后，根據實際管道雷諾數確定管道速度分布修正系數，結合流量計所測管道內徑就能計算得到流量計的流量系數。
3、速度分布修正系數的確定是本方法中的一個關鍵問題，該校驗方法實施過程中，需對每一種類型的均速管流量計建立速度分布修正系數曲線或數據庫；速度分布修正系數曲線測定過程在流量計速度分布修正系數測試系統上進行；流量計速度分布修正系數測試系統中風洞主體作為流量標準裝置，同時也提供風洞試驗段；空氣由風洞入口進入系統，在風洞試驗段內流速是均勻分布，只要測出流速就能根據流速面積法得到準確的流量；相同的流量情況下，被校流量計分別在風洞試驗段和充分發(fā)展管流試驗段進行測量，得到被校流量計在兩個試驗段內的差壓輸出，即可獲得速度分布修正系數；幾何相似的流量計，在相同的雷諾數下其速度分布修正系數相同。
本發(fā)明具有的有益效果是(1)本發(fā)明中風洞截面可以為圓形也可以是矩形，可以校驗管道直徑300mm以上(甚至直徑3m以上的超大管道)的流量計，流量可以達到100萬立方米/小時以上，能夠滿足大多數大流量工程管道流量計校驗的要求。而且，這種方法中，無論流量計長度如何，只要小于風洞截面尺寸，就可以插入校驗段中進行測試，設備通用性極好。
(2)速度分布修正系數實驗系統中設有風洞試驗段和充分發(fā)展管流試驗段兩個校驗段，相同的流速(即流量)情況下，被校流量計分別在風洞試驗段和充分發(fā)展管流試驗段進行測量，從而獲得速度分布修正系數。采用這種方法得到的速度分布修正系數準確度高，數據可信程度高。


圖1是大流量氣體管道均速管流量計風洞校驗系統示意圖圖2是流量計速度分布修正系數測試系統示意中1-蜂窩器；2-阻尼網；3-穩(wěn)定段；4-風洞收縮段；5-風洞試驗段；6-皮托管；7-微差壓變送器；8-被校流量計；9-風洞擴張段；10-安全網；11-軸流風機；12-風洞試驗段；13-皮托管及微差壓變送器；14-直管段；15-充分發(fā)展管流試驗段；16-被校流量計；17-標準流量計；18-風洞主體。
具體實施例方式
本發(fā)明提出了一種大口徑、大流量氣體管道流量計風洞校驗方法。具體實施過程如下根據流量計校驗尺寸需要建立風洞，該風洞與一般直流式低速流體力學風洞要求相同，風洞工作段作為流量計校驗的試驗段。如圖1所示，在軸流風機11的作用下，空氣進入風洞后經蜂窩器1、阻尼網2、穩(wěn)定段3和風洞收縮段4整流后進入風洞試驗段5。風洞試驗段5截面速度分布非常均勻，因此，將一只皮托管6和被校流量計8同時插入風洞試驗段，通過微差壓變送器7就可以測量出輸出的差壓，從而得到空氣流速并得到被校流量計的流速系數。其中，風洞擴張段9的作用是保證流動的穩(wěn)定性，安全網10是為了防止異物進入到軸流風機11。
風洞和實際管道截面流速分布是不同的，風洞中流場可以認為是均勻分布，而實際管道中流動是充分發(fā)展的湍流流動，其流速分布符合充分發(fā)展管流流動的流速分布，這種影響采用速度分布修正系數進行修正。這樣，根據流量計的流速系數、速度分布修正系數就可以確定流量計流量系數，從而實現流量計的校驗。采用這種方案，無論流量計長度如何，只要小于風洞截面尺寸，就可以插入校驗段中進行測試。這樣，當風洞工作段直徑為D風洞時(假如風洞截面為圓形)，就可以校驗配2D風洞的流量計(因為大口徑管道中，流量計是半插入的)。與傳統氣體流量校驗技術相比，該方法校驗流量大大提高，解決了流量校驗中的一個難題。
速度分布修正系數測定過程如下速度分布修正系數實驗系統如圖2所示，該系統由風洞主體18和其后所接直管段兩部分組成。風洞作為流量標準裝置，同時也提供風洞試驗段。即系統設有風洞試驗段12和充分發(fā)展管流試驗段15兩個試驗段?？諝庥娠L洞入口進入系統，在風洞試驗段12內流速均勻分布，只要用皮托管及微差壓變送器13測量風洞試驗段12內的流速就可以根據流速面積法得到準確的流量。隨后，氣流進入直管段14，并形成管內充分發(fā)展段流動。相同的流速(即流量)情況下，被校流量計16分別在風洞試驗段12(如虛線所示的被校流量計)和充分發(fā)展管流試驗段15內進行測量，得到流量計在兩個試驗段內的差壓輸出，即可獲得速度分布修正系數。標準流量計17可提供速度面積法風洞流量測量準確度的驗證工作。幾何相似的流量計(包括開孔位置相似)，在相同的雷諾數下其速度分布修正系數相同。
得到流速系數和速度分布修正系數后，結合流量計所測量的管道內徑就可以計算得到流量計的流量系數。
權利要求
1.一種大流量氣體管道均速管流量計風洞校驗方法，其特征在于被校流量計在風洞試驗段內進行測試，獲得流量計流速系數，然后結合速度分布修正系數得到流量計流量系數。
2.根據權利要求1所述的一種大流量氣體管道均速管流量計風洞校驗方法，其特征在于校驗設備為一低速風洞，風洞工作段作為流量計校驗的試驗段；空氣經風洞入口、蜂窩器(1)、阻尼網(2)、穩(wěn)定段(3)和風洞收縮段(4)整流后進入風洞試驗段(5)，風洞試驗段截面速度分布非常均勻，因此，將一只皮托管(6)和被校流量計(8)同時插入風洞試驗段，由皮托管(6)可以得到準確風速，根據微差壓變送器(7)輸出的被校流量計差壓，就可以得到被校流量計的流速系數；得到被校流量計的流速系數后，結合速度分布修正系數和流量計所測的管道內徑就可以計算得到流量計的流量系數。
3.根據權利要求1所述的一種大流量氣體管道均速管流量計風洞校驗方法，其特征在于速度分布修正系數的確定是本方法中的一個關鍵問題，該校驗方法實施過程中，需對每一種類型的均速管流量計建立速度分布修正系數曲線或數據庫；速度分布修正系數曲線測定過程在流量計速度分布修正系數測試系統上進行；流量計速度分布修正系數測試系統中風洞主體(18)作為流量標準裝置，同時也提供風洞試驗段(12)；空氣由風洞入口進入系統，在風洞試驗段(12)內流速是均勻分布，只要測出流速就能根據流速面積法得到準確的流量；相同的流量情況下，被校流量計分別在風洞試驗段(12)和充分發(fā)展管流試驗段(15)進行測量，得到被校流量計在兩個試驗段內的差壓輸出，即可獲得速度分布修正系數；幾何相似的流量計，在相同的雷諾數和管道相對粗糙度下其速度分布修正系數相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大流量氣體管道均速管流量計風洞校驗方法。被校流量計在風洞試驗段內進行測試，獲得流量計流速系數，然后結合速度分布修正系數得到流量計流量系數。這種校驗方法中，無論流量計長度如何，只要小于風洞截面尺寸，就可以插入校驗段中進行校驗，設備通用性好。速度分布修正系數需要在專門的實驗系統上通過實驗進行測定和數據庫積累。速度分布修正系數實驗系統中設有風洞試驗段和充分發(fā)展管流試驗段兩個校驗段，相同流量的情況下，被校流量計分別在風洞試驗段和充分發(fā)展管流試驗段內進行測量，從而獲得速度分布修正系數。本發(fā)明得到的速度分布修正系數準確度高，數據可信程度高。
文檔編號G01M9/02GK101034033SQ20071006673
公開日2007年9月12日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權日2007年1月16日
發(fā)明者張洪軍, 蘇中地, 田亞農, 謝文 申請人:中國計量學院