1 引言

    流量計量是能源計量中的一個重要參數，與國民經濟發展和人民生活有著千絲萬縷的聯系。紡錘體流量計^[1]（又名槽道流量計）是一種新型節流式差壓流量計。

    2 槽道式流量計

    2.1 節流裝置的結構

    傳統的節流式差壓流量計一般以標準孔板或噴嘴作為節流件。其節流裝置本身不具有調整流動和保持流動穩定的功能，還使流動產生嚴重分離，導致其存在一系列缺點^[2，3]_。

    槽道式流量計的節流裝置有五部分組成^[1]_：測量管、紡錘體、導流片（同時起支撐作用）、高壓管和低壓管。紡錘體在中間適當位置有一段足夠長的等直徑段，與測量管的內壁之間形成均勻的環形槽道。被測流體首先經過導流片，緊接著進入該環形通道，形成標準的環形槽道流動。槽道流動的特點是壓力順軸線的降落具有良好的線性度，從而提供了非常穩定的低壓（靜壓）。

    2.2 流量測量原理

    槽道式流量計的流量公式為差壓型流量計通用公式^[2，4]_：

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

    式中：A為實標常數；κ為氣體的等熵指數，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為管道內徑（m）； p氣體密度（kg/m3），

    ρ_n為標準狀態下（293.15K，101.325kPa）干氣體的密度（kg/m3）；p_n，p分別為標準狀態和工作狀態下氣體的壓力（Pa）；T_n，T分別為標準狀態和工作狀態下氣體的熱力學溫度，K；由式（1），只要通過實驗求出流量系數K，就可按測得的差壓Δp和密度ρ，計算出質量流量qm。

    3 槽道式氣體流量計的不確定度

    3.1 不確定度分析的數學模型

    對于數學模型^[6，7]_，被測量Y的估計值y，在通過輸入量X₁，X₂，…，X_N 的估計值^{x₁，x₂，…，x_N}得出時，可有以下方法式中，，它是獨立觀測值^x_ik的算術平均值。

    在x_i=x_i（i=1，2¼N）時，定義靈敏系數為：C_i=¶y/∂x_i。在流量計量中，常使用相對不確定度的概念，此時采用相對靈敏系數C_ri，它定義為：在計算靈敏系數時，如數學式較復雜，可采用數值方法進行計算，即：用x_i計算出y，然后再用x_i+Δx計算出y+Δy，其中Δx相對于x_i是一個很小的增量，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）。當全部輸入量是彼此獨立或互不相關時，合成標準不確定度由下式得到：

    3.2 流量計的不確定度分析

    槽道式流量計的不確定度分析見表1。

    因為槽道式流量計在使用時，管徑與標定時取的值相同，所以可以將其看作常數，忽略其不確定度。標定槽道式流量計所用的音速標準裝置的質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，差壓傳感器的擴展不確定度為0.075%，按矩形分布考慮，則標準不確定度為靈敏系數為

    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，其擴展不確定度為0.01%，按矩形分布考慮，則標準不確定度為靈敏系數為

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

    可膨脹性系數由公式（2）求出，其不確定度分析見表3。.

    流量系數K的不確定度由實際標定得到，標定過程在南京市計量測試研究院進行，標定裝置為臨界流音速標準裝置。數據如表4所示。

    流量系數K的擴展不確定度計算，采用下式：其中n=7，查t分布^[6]得k₉₅ =2.36。根據檢定結果可以得到管徑80mm流量計各檢定點的不確定度如表4所示。

    根據流量測量不確定度要求：所以流量系數K的擴展不確定度 按t分布考慮，相對標準不確定

    4 結論分析

    槽道式流量計是一種新型的差壓式流量計，具有輸出信號大，性壓力損失小，流動極為穩定，抗干擾能力強等優點；如果用PVTt裝置法（不確定度0.05%）進行標定，其合成不確定度可達0.202%，而目前常用的臨界流音速標準裝置的合成不確定度為0.32%^[6]；因此，如果把槽道流量計做為流量標準裝置就會比目前普遍使用的臨界音速噴嘴技術有一定的性。可以進行作為流量標準裝置的探討。它的更大優點在于可以組合形成大口徑和特大口徑的氣體標準裝置，來標定和檢定大流量的流量計。

    [參考文獻]

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