浅谈音速喷嘴式燃气表检定装置的检测

＞＞Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ

浅谈音速喷嘴式燃气表检定装置的检测

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ

ｏｎ

ｔｈｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＳｏｎｉｃＮｏｚｚｌｅＧａｓ

Ｍｅｔｅｒ

ＣａＨｂｒａｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ

王科曹久莹

（江苏省计量科学研究院，南京市２１０００７）

Ｗａｎｇ

【摘

Ｋｅ

ＣａｏＪｉｕｙｉｎｇ

２１０００７）

（ＪｉａｎｇｓｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔｒｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ

要】本文针对在检测音速喷嘴式燃气表检定装置过程中遇到的问题，结合装置的结构和原理，对装置

的检测项目和检测方法等进行了研究，并进行了不确定度分析。

【关键词】音速喷嘴燃气表装置不确定度

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒａｉｍｅｄａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｗｉｔｈｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｏｎｉｃｎｏｚｚｌｅｇａｓｍｅｔｅｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｅｖｉｃｅ，ｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｔｅｓｔｉｔｅｍｓａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄａｎａｌｙｓｅｄｔｈｅｔｍｃｅｒｔａｉｎｔｙ．’

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳｏｎｉｃＮｏｚｚｌｅ

ＧａｓＭｅｔｅｒ

Ｄｅｖｉｃｅ

Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ

引言

膜式燃气表属于国家计量行政部门重点监管的计量器具之・，广泛应用于居民家中和工矿企业，是测量燃气使用量的主要计量器具，是燃气贸易结算的重要依据。

音速喷嘴式燃气表检定装置主要由标准表（音速喷嘴组）、试验管路、动力系统、温压修正系统、计算机控制系统等组成（见图１）。目前常见的多为负压法装置，采用真空泵作为气源，通过真空泵的抽气实现整个试验管路中空气的流动。在音速喷嘴和被检燃气表前

膜式燃气表的检定装置目前主要有钟罩式气体流量标准装置和标准表法气体流量标准装置。钟罩式气体流量标准装置作为传统的气体容积式燃气表检定装置，具有结构简单、性能稳定可靠、量值传递准确等特点，适合实验室中进行高精度的检测使用。标准表法气体流量标准装置避年来发展迅速：其中以音邃喷嘴为标准表的装置使ｊ畸蕞为广泛。音速喷嘴式燃气表检定装置是以一组音速喷嘴作为标准表ｊ通过计算机控制

后安装有温度、压力传感器，用于测量流动状态下的介质温度和压力。通过计算机控制音速喷嘴的不同组合，达到所需的流量值，结合运行时间以及温度压力修正，

进行数据处理得出误差。

装置中作为标准表的音速喷嘴一般采用音速文丘里喷嘴，与经典的文丘里管类似，在最小断面（即喉部）后面连接有出口扩张段。根据音速喷嘴的ｌ｜缶界流特性，

当气体通过喷嘴时，在喷嘴上、下游气流压力比达到某一特定数值的条件下，喷嘴喉部形成临界状态，气流达到最大速度（当地音速），流过喷嘴的气体质量流量也达到最大。此时气体流量只与喷嘴人口处的滞止压力

和滞止温度有关，而不受其下游状态变化的影响。

选取单个喷嘴或通过不商流量值的音速喷嘴之间的组合以达到所需流羹：．并对标准表和被检表前后的压力

温度进行修正，从而实现流量控制和数据处理ｉ具有操作简便，控制精度高等特点，与钟罩式气体流量标准装

置相比，可实现连续测量，检测效率大大提高，近年来广泛应用于计量检测部门、燃气公司、燃气表制造企业的燃气表检定工作中。

作为一种新型的燃气表检定装置，结构上具有一

南

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，：上

定的先进性，依据国家现有规程或规范对其检测也有

很大的特殊性，本文将结合音速喷嘴式燃气表检定装置的原理和结构特点，针对实际工作中遇到的有关检测项目和检测方法等方面的问题进行讨论。１装置的结构和原理

收稿日期：２０１３—４．．

作者简介：王科（１９７８一），工程师，２００１年毕业于东南大学动力工程专业，江苏省计量科学研究院流量计量研究所副所长，全国低碳计量技术委员会委员，现主要从事流量计量工作。

Ｌ¨Ｉ……生三二堡…一

图１音速喷嘴式燃气表检定装置结构示意图

２检测项目

音速喷嘴式燃气表检定装置作为标准表法气体流

量标准装置的一种，其检测项目和方法通常是按照ＪＪＧ６４３．２００３《标准表法流量标准装置检定规程》的规定进

万方数据

行，项目主要有一般检查、密封性试验、标准流量计检定、计时器检定、流量稳定性检定、不确定度评定等。同时，针对使用临界流文丘里喷嘴这种特殊的标准表的标准装置，国家颁布］＇ＪＪＦ１２４０－２０１０《临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置校准规范》，以加强对这类装

置的管理。按照该规范要求，增加了临界背压比试验。３检测中问题探讨

目前，大多数音速喷嘴式燃气表检定装置在出厂之前，厂家就会将音速喷嘴、压力传感器、温度传感器

和晶振等送到当地的计量部门进行检定／校准，取得检定／校准证书。在现场检测装置时所要做的项目则为一般检查、密封性和流量稳定性，有时还需要做计时器时

间间隔，若依据ＪＪＦ１２４０—２０１０ｊＩｔｊ还要进行临界背压比试验。因为和普通的标准表法流量标准装置相比还是有—定不同，在检测过程中也遇到一些疑问，下面逐一

进行讨论。

３．１密封性试验

ＪＪＧ

６４３－２００３中对装置密封性要求“在工作压力下

装置各部件的连接处不应有泄漏现象’’，具体检测时，如何判定“有泄漏”，泄漏量多少以内算合格呢？一般

的做法为将真空泵打开，达到正常工作状态后关闭装置

进出气口，待稳定后观察装置内压力数值变化情况，压

力没有变化即为“无泄漏”。ＪＪＦ１２４０．２０１０中对密封性试验的方法做了更为详细具体的规定：开启真空泵达

到最低压力后关闭阀门保持５ｍｉｎ，装置滞止容器内绝对压力与绝对温度比值的变化率应不超过０．１％，我们认为这样量化的规定更便于实际工作的开展，因此，在实际检测工作中我们也基本上按此要求进行密封性的试验。不过前提是被检装置的计算机控制界面上能实

时显示滞止容器的压力、温度值。３．２计时器

装置上的计时器需进行晶振８ｄ，时稳定度和时间

间隔的检定，出于对装置整体性能的考虑，我们认为在

装置上进行计时器的检定更为合适。对于没有附带计时器检定证书的装置，按照ＪＪＧ６４３－２００３的规定方法进行相应的检测。这里需要装置生产厂家预先留好计时器晶振时间输出的接口，以便连接标准计时器。检定计时器时间间隔时，将标准计时器与装置上的时间输出相连接，启动装置运行，同步启停标准和被检计时器，以一次检定的最短测量时间为时间间隔，读取标准和

被检的示值完成一次检定。晶振８ｄ，时稳定度因耗时较

长，一般是将晶振单独送检，现场检测时可不进行此项试验。

３．３流量稳定性

流量稳定性是反映流量装置计量性能的一项重要指标。ＪＪＧ６４３—２００３中规定对每条管线的最大流量和最

万方数据

探讨－交流＜＜

小流量进行稳定性检定，ＪＪＦ１２４０－２０１０中则要求在最大

和最小流量中间再选取不少于两个流量点进行装置的稳定性试验。考虑到音速喷嘴式燃气表检定装置实际为多台被检表串联在１条管线上，且流量范围按照家用膜式燃气表的流量范围设定，普遍在（０—６）ｍ３／ｈ，因此我们认为进行最大和最小流量点的稳定性试验即可。对

于检定工业用燃气表的音速喷嘴装置，其流量范围大大增加，可以考虑在最大和最小流量点之间适当选取几个

点增加稳定性试验，以保证装置稳定性的要求。

３．４临界背压比试验

ＪＪＦ

１２４０－２０１０中要求在装置上进行喷嘴的临界背

压比试验，目的是为了验证装置的音速喷嘴在使用过

程中是否保持在临界流的状态。临界背压比是指当滞

止参数一定，通过喷嘴的质量流量达到最大时，喷嘴出

口处静态压力与其上游滞止压力之比的最大值。试验时，选定待测喷嘴，开启装置的真空泵，当背压比达到

某一值，关闭真空泵，记录此时试验用流量计显示的流量值和背压比。背压比每增加一个固定值，记录试验用流量计显示的流量值和背压比。当试验用流量计显示的流量示值刚刚开始下降时的背压比即为该喷嘴的临

界背压比。这里需要选择合适的试验用流量｝ｈ能够安

装在装置的管路上，并能实时显示流量值和背压比，且

装置上也应能正确显示相应的数据。３．５串联台位差试验

目前使用较多的音速喷嘴式燃气表检定装置大多为６工位或１２工位串联台位，可以Ｉ哥时进行６台或１２台甚至更多台燃气表的检定。多台被检表串联在一起，通过每台被检表的气体状态是否一致，流量是否相同，假如流量不一致对每台被检表示值误差是否有影响，有多大的影响等等，都是关系到燃气表检定准确与否的问题，需要加以考虑。建议进行装置的串联台位差试验，挑选一块稳定性好的燃气表，依次在每个台位上进行检定，按照检定规程的要求选择流量点和检定次数，比较同一流量点下每个台位测得的示值误差，计算最大差值。另—方面，可以在某个固定流量点下，在一次检

定时间内，用标准流量计、温度计和压力计测量每个台

位处的流量值和温度、压力值，计算温压修正后的示值误差，并与计算机显示的示值误差结果进行比较。我们

认为对于串联检定多台被检表的装置可以进行这一试

验，以便更好的评判装置整体性能。

４不确定度分析４．１数学模型

……∥Ｖ咆觚荐

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ｑｖ为喷嘴的体积流量；Ｇ为喷嘴的流出系数；

Ａ为喷嘴的喉部面积；ｃ．为气体临界流函数；ｚ为压缩系数；

４．８计时器的相对标准不确定度

Ｉｄｔ

厂１—１２ｑｕａ，＋ＵｔＢ

大多数装置能够显示的时间至少为０．００１ｓ，标准计时器的允许误差一般为１×１０．８，一次检定的最短测量时间设为６０秒，参考平时检定工作中得到的计时器检定数据，以某一次检定结果为例：

甜埘＝０．００２％，甜虚＝０．００３％，

Ｐ。、肋喷嘴上游滞止压力、滞止温度；

Ｐ、劝被检表处压力、温度。

由于气体摩尔质量Ｍ、通用气体常数Ｒ和压缩系数

ｚ的相对不确定度非常小，通常可忽略其影响；而检定

Ｍ为气体摩尔质量；

Ｒ为通用气体常数；

“，＝√”纠２＋”旧２＝ｏ．００４％

４．９装置合成标准不确定度

厂—：———＿

音速喷嘴和用音速喷嘴装置检定燃气表均使用的空气为介质，且气体状态相同，故喷嘴的喉部面积Ａ．和气体

临界流函数ｃ．带来的不确定度可视为零。４．２喷嘴流出系数的相对标准不确定度

／／ｔｅｌ＝（材三＋甜秽一＝ｏ．１６％

４．１０装置扩展标准不确定度

Ｕ耐＝ｋＸ／ｄｒｅｌ＝０．３２％（后＝２）

５结束语

目前大多数装置使用的是０．２级的音速喷嘴，

ｇ／：坐：ｏ．１％ｃ

音速喷嘴式燃气表检定装置利用音速喷嘴的优点，可以对多台燃气表同时检定，且整个检定和数据处理过程实现自动化，可实现连续检定，大大提高工作效

率。随着燃气表行业的发展，音速喷嘴式燃气表检定装置将会越来越广泛的应用于计量检测部门、燃气公司和燃气表制造企业，ｘＣ其ｉｔ量性能的确认，也是计量检定人员需要在工作中认真研究的问题。参考文献

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［３】ＪＪＧ５７７－２０１２膜式燃气表检定规程．中国质检出版社，２０１２

ｑ

２

４．３喷嘴上游滞止压力的相对标准不确定度

分布考虑，材只：半：０．１１５％４３

１０

装置上使用的绝压变送器准确度为０．２级，按矩形

４．４喷嘴上游滞止温度的相对标准不确定度

装置上使用的温度传感器最大允许误差为士０．２℃，设气体温度为２０℃，按矩形分布考虑，

Ｕ，＝１——二三—一×１００％＝０．０３９％“４３（２７３．１５＋２０）

４．５被检燃气表处压力的相对标准不确定度

ｎ’

甜Ｐ：半：０．１１５％√３

４

４．６被检燃气表处温度的相对标准不确定度

Ｕ，＝１——二兰—一×１００％＝０．０３９％４３（２７３．１５＋２０）

１

ｎ’

［４］李春辉．《临界流文丘里喷嘴法气体流量标准

装置》校准规范介绍．中国计量，２０１０

［５］李长武．新型家用燃气表校验装置浅析．上海计

量测试，２００８

口

４．７喷嘴体积流量的相对标准不确定度

““＝（甜色＋甜焉２＋丢材％２＋“Ｐ２＋“２）。＇５＝０．１５９％

（上接第４３页）

仪中的应用［Ｊ】．国外电子测量技术，２００８，２７（３）：

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口

万方数据

浅谈音速喷嘴式燃气表检定装置的检测

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

王科， 曹久莹， Wang Ke， Cao Jiuying江苏省计量科学研究院,南京市,210007仪器仪表标准化与计量

Instrument Standardization and Metrology2013(2)

1.标准表法流量标准装置检定规程 2003

2.临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置校准规范 20103.膜式燃气表检定规程 2012

4.李春辉 《临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置》校准规范介绍 20105.李长武 新型家用燃气表校验装置浅析 2008

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_yqybbzhyjl201302011.aspx