一种新型的车载音速喷嘴气体流量检定系统

　　
式中: M-工况状态下的质量流量，lb；
P-壳体内压力，1b/in2(绝)；
A-喷嘴喉部的截面积，in2；Arkla喷嘴直径的范围为0.0620-0.9941in，因此，其面积范围约为0.003-0.776in2；
C-临界流量系数，它是比热值的函数(等炳流量常数)。它是一个与气体流动状态下的气体声速有关的参数。在Arkla的系统中，有代表性的天然气估算的临界流量系数值是0.7(无量纲)。该值　　　　与压力和温度有关。C是用色谱仪分析计算出的分子百分量计算而来的；
Cd-流出系数，或实际质量流量除以理论质量流量得的数。简言之,它是喷嘴设计的效率,对不同的喷嘴它是不同的，并且是通过标定确定的。Arkla的喷嘴流出系数范围为0.96-1.0(无量纲)；
R-气体常数，其值是48.03除以气体分子量;由气相色谱仪分析计算的被测气体的分子量也用于此;
T-壳体内的温度，R(H 460)。
容积流量是质量流量除以密度，密度等于P/ZRT，容积流量用下式计算：　　

　　
式中: V-容积流量；
Z-壳体内的压缩系数(R.C.Johnson，不是AGA)，是一个接近1的数值。气相色谱仪分析计算的分子量和气体组分可以用于此；
Rv-气体常数，等于2.398除以气体分子量。气相色谱仪计算的分子量也用于此。R和Rv已被调整为工程单位。

五、检定工艺流程

气体流经涡轮流量计，然后经过数控阀并送出4个信号，如图2所示。测量气体压力和温度的两个信号，另外2个脉冲信号来自涡轮流量计的脉冲发讯器和来自数控阀的质量流量信号。需注意的是涡轮流量计的脉冲信号取自转换齿轮下部。



图2 检定系统流程图

当流量计旋转一圈时，计算机测得装在涡轮流量计上发讯盘发出的数据。第一级齿轮是中间变速轮，对于Rockwell涡轮流量计和American流量计，它们的输入输出比为122.0555-l。第二级齿轮是变速齿轮，其输入输出比在1和2比1之间。
流量计记数器固定在变速齿轮顶部，根据仪表口径不同，输出轴每转一圈记数器读数是100或1000 Acf。对3-6in的流量计，记数器与输出轴的比是100:1；因此，变速齿轮上面的输出轴每转一圈代表1ft3，对于8in或更大的流量计，记数器与输出轴间的比是1000:1。流量计信号、中间齿轮、变速齿轮和记数器给出的结果是实际工况下的立方英尺流量(Acf)。
压力、容积、温度(PVT)图表安装在记数器的上部并用来校验记数器。
计算机输入仪表温度和压力，并应用仪表测量的Acfh计算出Scfh(标准A3/h)；以lb为单位的质量流量是计算机从数控阀中获取数据除以标准状态下的密度值。在系统中流经涡轮流量计而后又通过数控阀的气体，其质量流量在各处都是一个常量。
然而，以实际立方英尺的容积流量随着气体的组分、温度、压力而改变。因此，在阀体的容积流量与涡轮流量计处的容积流量不同。对于一定的质量流量，当气体密度增加时，实际容积流量(Acfh)减小。阀体中的容积流量高于其在涡轮流量计处的流量--这是因为阀进口的压力低于涡轮流量计处的压力，使流体流速略有升高。这就是为什么阀门和流量计处的压力和温度都需要测量的原因。
涡轮流量计指示的Scfh和数控阀给出的Scfh之间的差即是涡轮流量计在该流量点的误差。该误差是相对于百分流量绘制的百分误差。这个百分仪表误差曲线是以实际流量对一个专门的仪表尺常数绘制的。通过输入计算机一个不同的变速比可以很容易改变K常数(脉冲数/ft3)。
为了得到最小的误差，可以通过软件程序应用不同尺寸的喷嘴，并可以通过改变齿轮传动比对涡轮流量计实现检定。使用软件程序可以节约时间并省力，而实际上代替了改变齿轮传动比并且可反复对流量计检定，直到取得一个理想的结果。用10个不同流量点的检定结果可以绘制出详细的图表。

六、结束语

Arkla公司的车载音速喷嘴气体流量检定系统应用于检定工作状态下的涡轮流量计已有5年时间，并且已完成了3500多台流量计的检定。结果表明从未出现过气体泄漏问题，大大地提高了测量准确度。