摘要：本文介紹了計(jì)量檢測中心臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用比較法開展氣體流量計(jì)的檢定和校準(zhǔn)工作中出現(xiàn)的問題，并對影響裝置流量范圍的問題因素進(jìn)行了分析。

計(jì)量檢測中心臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，選用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)，采用比較法原理進(jìn)行氣體流量計(jì)的檢定及校準(zhǔn)。文丘里噴嘴是#常用的氣體標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)之一，因其結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)，已成為氣體流量傳遞的二級標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。在該裝置投用 5 年后，出現(xiàn)了流量范圍減小，在大流量檢定時(shí)無法滿足規(guī)定的背壓比的現(xiàn)狀，本文從多個(gè)方面探討了制約標(biāo)準(zhǔn)裝置流量范圍的幾個(gè)因素，找到了相應(yīng)癥結(jié)。

1 臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的組成結(jié)構(gòu)

（1）標(biāo)準(zhǔn)裝置的總體描述。氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置由13 支并聯(lián)安裝的臨界流文丘利噴嘴組件、匯管、水環(huán)式真空泵、數(shù)據(jù)采集處理控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制軟件等組成。每個(gè)噴嘴的組件由前后管段、臨界流文丘利噴嘴、壓力變送器及溫度變送器構(gòu)成。其中壓力變送器和溫度變送器用于測量計(jì)算所需的壓力和溫度值；每個(gè)噴嘴組件前安裝有氣動(dòng)蝶閥，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程兩種方式對閥門的控制，以確保對各個(gè)管路的控制。

（2）控制系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)通過計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集，利用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)閥門的控制。閥門的開關(guān)等可在電腦顯示屏上以圖形的形式顯示，操作人員可以通過微機(jī)對不同的閥門實(shí)施操作，隨時(shí)了解、管理并控制整個(gè)檢定、校準(zhǔn)流程。

（3）標(biāo)準(zhǔn)器的選擇。檢定、校準(zhǔn)開始之前，系統(tǒng)軟件可以根據(jù)設(shè)定的流量產(chǎn)生可供選擇的噴嘴組合，#后由操作人員確定，其噴嘴組合是通過控制氣動(dòng)柱塞閥開關(guān)完成的，當(dāng)系統(tǒng)顯示被選擇閥門處于正確位置時(shí)，組合選擇完成。

2   臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理及特點(diǎn)

臨界流文丘里噴嘴的內(nèi)壁形狀如下圖 1 所示。

（1）工作原理：上游壓力不變，下游壓力逐漸減小到某一值時(shí)，通過噴嘴的流量將達(dá)到#大值，且恒為當(dāng)?shù)匾羲�，并保持音速不變。�?dāng)節(jié)流壓力比（即出口壓力與上游滯止壓力之比）小到一定值時(shí)，流過噴嘴喉部的流速達(dá)到#大值——音速。如果上游滯止壓力不變，出口壓力再減小，流速將保持恒定。利用音速噴嘴的臨界體積和質(zhì)量流量的穩(wěn)定性，使流過流量計(jì)的體積和質(zhì)量流量為恒值。

（2）特點(diǎn)。當(dāng)氣體通過噴嘴時(shí)，若入口處壓力和出口處壓力滿足如下條件：P 出 /P 入 ≤ 0.85（背壓比）時(shí)，則氣體通過噴嘴喉部的流速恒定于當(dāng)?shù)氐囊羲伲�且保持不變，此時(shí)即為臨界流狀態(tài)。根據(jù)連續(xù)性原理，此時(shí)通過被標(biāo)定流量計(jì)算得氣體質(zhì)量流量，一定等于通過噴嘴處的氣體質(zhì)量流量。就是利用噴嘴的這一特性，作為氣體計(jì)量量值傳遞標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。

3 影響因素的分析和探討

在檢定過程中真空泵的能力應(yīng)滿足下列兩個(gè)條件：

地衣，真空泵提供的流量應(yīng)大于被檢流量計(jì)的#大流量；第二，在測量過程中，真空泵所提供的真空度應(yīng)滿足音速噴嘴的臨界壓力比（背壓比）。在達(dá)到檢定要求的情況下，單臺泵#大流量為 700m 3 /h、雙臺泵#大流量為 1650m 3 /h；而泵體本身的額定泵量為 42m 3 /min 和30m 3 /min，換算后不難得出，單臺泵其流量理論應(yīng)達(dá)到 2520m 3 /h，而雙臺應(yīng)達(dá)到 4320m 3 /h，（即便泵效為60%，雙臺泵也應(yīng)有 2500m 3 /h 左右的泵量），目前檢定過程得出，裝置存在制約流量范圍的因素。分析影響檢定范圍的幾個(gè)主要因素有漏氣與管道堵塞、噴嘴開啟密封不嚴(yán)、軟件系統(tǒng)計(jì)算錯(cuò)誤、溫度變送器及壓力變送器不準(zhǔn)確（圖 2）。

（1）漏氣與管道堵塞。漏氣或密封不嚴(yán)會(huì)造成裝置真空度不夠，使得噴嘴流量達(dá)不到要求；而管道的堵塞會(huì)造成靠近泵體的管道壓差大，而噴嘴后端的壓差小，這種壓差會(huì)造成噴嘴的“吸力”變小，造成流量達(dá)不到要求。通過改裝設(shè)備，加裝精密真空表進(jìn)行測試驗(yàn)證。

shou先確定了精密真空表其分度值為d=0.0005MPa，測試時(shí)使用 SK-42A 單臺真空泵。

由表 1 可知，前后壓差 1 與壓差 2 非常接近，所以推斷裝置的管徑?jīng)]有漏氣和堵塞的地方。

（2）噴嘴開啟密封不嚴(yán)。噴嘴在檢定中對應(yīng)不同流量會(huì)有不同組合，為確保柱塞閥可靠開關(guān)，在現(xiàn)場進(jìn)行了檢查確認(rèn)。在噴嘴的觀察視窗，對應(yīng)微機(jī)顯示的閥門序號，進(jìn)行檢查，確保在檢定過程中柱塞閥可靠開關(guān)�？蓪γ總�(gè)噴嘴進(jìn)行檢查，在微機(jī)上逐個(gè)選擇閥門的開關(guān)，確保閥門的靈活性，在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場再次通過視窗確認(rèn)閥門的動(dòng)作是否到位。經(jīng)過判斷密封嚴(yán)密無泄漏。

（3）電機(jī)問題。電機(jī)轉(zhuǎn)速不夠也會(huì)影響拖動(dòng)的真空泵達(dá)不到額定泵效。通過聯(lián)系研究院借用頻閃儀檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速。檢測后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速符合電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速范圍，電流和電壓也符合額定要求。

（4）軟件計(jì)算錯(cuò)誤。因?yàn)闄z定后續(xù)的計(jì)算全部由軟件進(jìn)行計(jì)算，如果軟件出現(xiàn)了錯(cuò)誤會(huì)造成計(jì)算錯(cuò)誤從而出現(xiàn)上述檢定中出現(xiàn)的問題。通過聯(lián)系丹東的廠家，對裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，檢定了一塊穩(wěn)定的流量計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖 2 所示，在背壓比可以達(dá)到檢定要求的情況下，檢定數(shù)據(jù)是穩(wěn)定可靠的，由此判斷軟件方面沒有出錯(cuò)。

（5）真空泵無法達(dá)到額定參數(shù)要求。真空泵本身沒有達(dá)到額定參數(shù)要求，會(huì)從根本上造成裝置流量達(dá)不到要求。①測量進(jìn)水量：粗略計(jì)算，用水桶裝水并用秒表計(jì)時(shí)。測得 18.33kg 水用時(shí) 11 秒。可得出 SK-42A泵（單臺）進(jìn)水量為每小時(shí) 6m 3 /h。②進(jìn)行泵體的密封檢查：加水時(shí)，若泵軸的密封處出現(xiàn)連續(xù)水流（滴漏較為正常），則不符合密封要求，進(jìn)行緊固密封壓蓋或更換密封填料。③檢查 SK-42A 泵的排氣量：通過視窗發(fā)現(xiàn)水氣分離罐水位太高，造成水氣混合，排出總出氣口時(shí)水量太多，影響了總排氣量，進(jìn)行裝置改造后，對罐體的溢流口進(jìn)行擴(kuò)大，使水氣充分分離。

4 結(jié)語

通過對問題的逐一分析，#終得出泵體本身的問題和供水量不足為影響裝置檢定范圍的#主要的問題。在分析、排查問題的過程中，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了氣表檢定裝置的理論知識，進(jìn)一步提高了自身的實(shí)踐能力，為今后順利開展氣表檢定工作奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。#后，班組對現(xiàn)場分析處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理和處理，這些地衣手寶貴的資料，利于以后排查、分析設(shè)備問題。