一種新型的車載音速噴嘴氣體流量檢定系統

　　
式中: M-工況狀態下的質量流量，lb；
P-殼體內壓力，1b/in2(絕)；
A-噴嘴喉部的截面積，in2；Arkla噴嘴直徑的范圍為0.0620-0.9941in，因此，其面積范圍約為0.003-0.776in2；
C-臨界流量系數，它是比熱值的函數(等炳流量常數)。它是一個與氣體流動狀態下的氣體聲速有關的參數。在Arkla的系統中，有代表性的天然氣估算的臨界流量系數值是0.7(無量綱)。該值　　　　與壓力和溫度有關。C是用色譜儀分析計算出的分子百分量計算而來的；
Cd-流出系數，或實際質量流量除以理論質量流量得的數。簡言之,它是噴嘴設計的效率,對不同的噴嘴它是不同的，并且是通過標定確定的。Arkla的噴嘴流出系數范圍為0.96-1.0(無量綱)；
R-氣體常數，其值是48.03除以氣體分子量;由氣相色譜儀分析計算的被測氣體的分子量也用于此;
T-殼體內的溫度，R(H 460)。
容積流量是質量流量除以密度，密度等于P/ZRT，容積流量用下式計算：　　

　　
式中: V-容積流量；
Z-殼體內的壓縮系數(R.C.Johnson，不是AGA)，是一個接近1的數值。氣相色譜儀分析計算的分子量和氣體組分可以用于此；
Rv-氣體常數，等于2.398除以氣體分子量。氣相色譜儀計算的分子量也用于此。R和Rv已被調整為工程單位。

五、檢定工藝流程

氣體流經渦輪流量計，然后經過數控閥并送出4個信號，如圖2所示。測量氣體壓力和溫度的兩個信號，另外2個脈沖信號來自渦輪流量計的脈沖發訊器和來自數控閥的質量流量信號。需注意的是渦輪流量計的脈沖信號取自轉換齒輪下部。



圖2 檢定系統流程圖

當流量計旋轉一圈時，計算機測得裝在渦輪流量計上發訊盤發出的數據。第一級齒輪是中間變速輪，對于Rockwell渦輪流量計和American流量計，它們的輸入輸出比為122.0555-l。第二級齒輪是變速齒輪，其輸入輸出比在1和2比1之間。
流量計記數器固定在變速齒輪頂部，根據儀表口徑不同，輸出軸每轉一圈記數器讀數是100或1000 Acf。對3-6in的流量計，記數器與輸出軸的比是100:1；因此，變速齒輪上面的輸出軸每轉一圈代表1ft3，對于8in或更大的流量計，記數器與輸出軸間的比是1000:1。流量計信號、中間齒輪、變速齒輪和記數器給出的結果是實際工況下的立方英尺流量(Acf)。
壓力、容積、溫度(PVT)圖表安裝在記數器的上部并用來校驗記數器。
計算機輸入儀表溫度和壓力，并應用儀表測量的Acfh計算出Scfh(標準A3/h)；以lb為單位的質量流量是計算機從數控閥中獲取數據除以標準狀態下的密度值。在系統中流經渦輪流量計而后又通過數控閥的氣體，其質量流量在各處都是一個常量。
然而，以實際立方英尺的容積流量隨著氣體的組分、溫度、壓力而改變。因此，在閥體的容積流量與渦輪流量計處的容積流量不同。對于一定的質量流量，當氣體密度增加時，實際容積流量(Acfh)減小。閥體中的容積流量高于其在渦輪流量計處的流量--這是因為閥進口的壓力低于渦輪流量計處的壓力，使流體流速略有升高。這就是為什么閥門和流量計處的壓力和溫度都需要測量的原因。
渦輪流量計指示的Scfh和數控閥給出的Scfh之間的差即是渦輪流量計在該流量點的誤差。該誤差是相對于百分流量繪制的百分誤差。這個百分儀表誤差曲線是以實際流量對一個專門的儀表尺常數繪制的。通過輸入計算機一個不同的變速比可以很容易改變K常數(脈沖數/ft3)。
為了得到最小的誤差，可以通過軟件程序應用不同尺寸的噴嘴，并可以通過改變齒輪傳動比對渦輪流量計實現檢定。使用軟件程序可以節約時間并省力，而實際上代替了改變齒輪傳動比并且可反復對流量計檢定，直到取得一個理想的結果。用10個不同流量點的檢定結果可以繪制出詳細的圖表。

六、結束語

Arkla公司的車載音速噴嘴氣體流量檢定系統應用于檢定工作狀態下的渦輪流量計已有5年時間，并且已完成了3500多臺流量計的檢定。結果表明從未出現過氣體泄漏問題，大大地提高了測量準確度。