1 引言

    流量計(jì)量是能源計(jì)量中的一個(gè)重要參數(shù)，與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活有著千絲萬縷的聯(lián)系。紡錘體流量計(jì)^[1]（又名槽道流量計(jì)）是一種新型節(jié)流式差壓流量計(jì)。

    2 槽道式流量計(jì)

    2.1 節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)

    傳統(tǒng)的節(jié)流式差壓流量計(jì)一般以標(biāo)準(zhǔn)孔板或噴嘴作為節(jié)流件。其節(jié)流裝置本身不具有調(diào)整流動(dòng)和保持流動(dòng)穩(wěn)定的功能，還使流動(dòng)產(chǎn)生嚴(yán)重分離，導(dǎo)致其存在一系列缺點(diǎn)^{[2，3]_。}

    槽道式流量計(jì)的節(jié)流裝置有五部分組成^[1]_：測量管、紡錘體、導(dǎo)流片（同時(shí)起支撐作用）、高壓管和低壓管。紡錘體在中間適當(dāng)位置有一段足夠長的等直徑段，與測量管的內(nèi)壁之間形成均勻的環(huán)形槽道。被測流體首先經(jīng)過導(dǎo)流片，緊接著進(jìn)入該環(huán)形通道，形成標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)形槽道流動(dòng)。槽道流動(dòng)的特點(diǎn)是壓力順軸線的降落具有良好的線性度，從而提供了非常穩(wěn)定的低壓（靜壓）。

    2.2 流量測量原理

    槽道式流量計(jì)的流量公式為差壓型流量計(jì)通用公式^{[2，4]_：}

    式中：qm為質(zhì)量流量，kg/s；為流量系數(shù)；ε為氣體可膨脹性系數(shù)^[5]_。

    式中：A為實(shí)標(biāo)常數(shù)；κ為氣體的等熵指數(shù)，κ= C_p/C_v，對于空氣一般取1.4；p₁為紡錘體頭部處的壓力（Pa）；Δρ為通過紡錘體的差壓（Pa）；D為管道內(nèi)徑（m）； p氣體密度（kg/m3），

    ρ_n為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（293.15K，101.325kPa）干氣體的密度（kg/m3）；p_n，p分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和工作狀態(tài)下氣體的絕對壓力（Pa）；T_n，T分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和工作狀態(tài)下氣體的熱力學(xué)溫度，K；由式（1），只要通過實(shí)驗(yàn)求出流量系數(shù)K，就可按測得的差壓Δp和密度ρ，計(jì)算出質(zhì)量流量qm。

    3 槽道式氣體流量計(jì)的不確定度

    3.1 不確定度分析的數(shù)學(xué)模型

    對于數(shù)學(xué)模型^{[6，7]_，}被測量Y的最佳估計(jì)值y，在通過輸入量X₁，X₂，…，X_N 的估計(jì)值^{x₁，x₂，…，x_N}得出時(shí)，可有以下方法式中，，它是獨(dú)立觀測值^x_ik的算術(shù)平均值。

    在x_i=x_i（i=1，2¼N）時(shí)，定義靈敏系數(shù)為：C_i=¶y/∂x_i。在流量計(jì)量中，常使用相對不確定度的概念，此時(shí)采用相對靈敏系數(shù)C_ri，它定義為：在計(jì)算靈敏系數(shù)時(shí)，如數(shù)學(xué)式較復(fù)雜，可采用數(shù)值方法進(jìn)行計(jì)算，即：用x_i計(jì)算出y，然后再用x_i+Δx計(jì)算出y+Δy，其中Δx相對于x_i是一個(gè)很小的增量，則c_i和C_ri可分別表示為：C_i»Δy/Δx_i和c_ri≈（Δy/Δx_i）（x_i/y）=C_i（x_i/y）。當(dāng)全部輸入量是彼此獨(dú)立或互不相關(guān)時(shí)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度由下式得到：

    3.2 流量計(jì)的不確定度分析

    槽道式流量計(jì)的不確定度分析見表1。

    因?yàn)椴鄣朗?a href="http://j3l.com.cn" target="_blank" class="autolink">流量計(jì)在使用時(shí)，管徑與標(biāo)定時(shí)取的值相同，所以可以將其看作常數(shù)，忽略其不確定度。標(biāo)定槽道式流量計(jì)所用的音速標(biāo)準(zhǔn)裝置的質(zhì)量流量的不確定度由檢定得到：

    使用差壓傳感器測量通過紡錘體的差壓，差壓傳感器的擴(kuò)展不確定度為0.075%，按矩形分布考慮，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為靈敏系數(shù)為

    氣體密度ρ由式（3）算出，其不確定度分析見表2。

    使用硅諧振壓力傳感器測量工況壓力，其擴(kuò)展不確定度為0.01%，按矩形分布考慮，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為靈敏系數(shù)為

    用一鉑電阻溫度傳感器測量氣體溫度，其允許誤差為±0.06℃，則靈敏系數(shù)為：   

    可膨脹性系數(shù)由公式（2）求出，其不確定度分析見表3。.

    流量系數(shù)K的不確定度由實(shí)際標(biāo)定得到，標(biāo)定過程在南京市計(jì)量測試研究院進(jìn)行，標(biāo)定裝置為臨界流音速標(biāo)準(zhǔn)裝置。數(shù)據(jù)如表4所示。

    流量系數(shù)K的擴(kuò)展不確定度計(jì)算，采用下式：其中n=7，查t分布^[6]得k₉₅ =2.36。根據(jù)檢定結(jié)果可以得到管徑80mm流量計(jì)各檢定點(diǎn)的不確定度如表4所示。

    根據(jù)流量測量不確定度要求：所以流量系數(shù)K的擴(kuò)展不確定度 按t分布考慮，相對標(biāo)準(zhǔn)不確定

    4 結(jié)論分析

    槽道式流量計(jì)是一種新型的差壓式流量計(jì)，具有輸出信號大，永久性壓力損失小，流動(dòng)極為穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；如果用PVTt裝置法（不確定度0.05%）進(jìn)行標(biāo)定，其合成不確定度可達(dá)0.202%，而目前常用的臨界流音速標(biāo)準(zhǔn)裝置的合成不確定度為0.32%^[6]；因此，如果把槽道流量計(jì)做為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置就會(huì)比目前普遍使用的臨界音速噴嘴技術(shù)有一定的優(yōu)越性。可以進(jìn)行作為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的探討。它的更大優(yōu)點(diǎn)在于可以組合形成大口徑和特大口徑的氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置，來標(biāo)定和檢定大流量的流量計(jì)。

    [參考文獻(xiàn)]

    [1]明曉。紡錘體流量計(jì)[P].中國：200420093532.6，2004。

    [2]蔡武昌，孫淮清，紀(jì)綱。流量測量方法和儀表的選用[M]。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，47。

    [3]程勇，汪軍，蔡小舒。低雷諾數(shù)的孔板計(jì)量數(shù)值模擬及其應(yīng)用[J]。計(jì)量學(xué)報(bào)，2005，26（1）：57～59。

    [4][美]R。W。米勒。流量測量工程手冊[M]孫延祚譯。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990，160。

    [5]鐘偉，明曉。紡錘體流量計(jì)的流場數(shù)值模擬[J]。計(jì)量學(xué)報(bào)，2007，28（3）：262～265。

    [6]王池，流量測量不確定度分析[M]。中國計(jì)量出版社，2002：7～14。

    [7]陳梅，曲升華。標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置數(shù)學(xué)模型的建立及應(yīng)用[J]計(jì)量技術(shù)，2005，（9）：40～42。