氣體流量現場校準過程中常見問題探討
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在氣體流量測量中，影響氣體流量測量結果準確性的因素較多，歸納起來主要有以下幾個方面：①流量計自身的測量準確度；②配套數據采集及顯示系統的準確度；③流量測量現場的環境影響（包括氣體介質密度、溫度、流量計進出口壓力、氣源波動度、管路系統密閉性等）；④流量計安裝是否符合要求。將流量計單獨拆下送實驗室檢定的做法，只能確保流量計自身的準確性，根本無法保證實際使用中流量測量結果準確可靠。因此，氣體流量現場校準逐步成為一種勢在必行的發展趨勢。
目前，國內很多計量站（尤其是與科研生產緊密相關的二級計量站）在進行氣體流量現場校準時，普遍會遇到標準器現場安裝不便、現場校準不確定因素較多、準確度難以提高等問題。本文以現場校準最常見的音速噴嘴氣體質量流量校準方法為例，對氣體流量現場校準準確度的問題進行探討。
2 音速噴嘴法氣體質量流量現場校準原理
音速噴嘴法氣體質量流量標準裝置以其攜帶方便、安裝快捷、標準器準確度高等特點被廣泛應用于氣體流量現場校準中。現場校準原理如圖1所示，將標準裝置串聯于被測系統下游，利用音速噴嘴校準原理———當噴嘴出口壓力與入口滯止壓力之比小于等于臨界壓力比r*時（r*值參照相關技術文件得到，空氣為0.528），流經音速噴嘴喉部的氣體流速達到恒定，此時氣體質量流量僅和流過噴嘴入口處的氣體介質密度成正比。通過采集噴嘴入口壓力p、氣體溫度T、濕度φ，計算出流過噴嘴的標準質量流量Q標，與此時被測系統顯示流量Q被比較，得出被測系統示值誤差ΔQ=Q被－Q標。
標準質量流量計算公式為
圖1 氣體流量現場校準原理圖
3.1 氣源波動度
3.1.1 影響原因
現場校準時的氣源大多模擬產品實際使用工況，氣源波動度一般較大（通常要大于0.5%），不可能像校準實驗室一樣穩定（通常不大于0.05%）。因此，在進行流量現場校準時普遍存在氣源波動大的問題。由流量連續性原理，流量傳遞需要時間，若氣源波動度大必然會導致同一時刻流經被校流量計的流量和流經標準器的流量不等（兩者之差計為Δq），此時若采用常規的同步瞬時讀數方法讀取被檢流量和標準流量，最終計算得到的被測系統示值誤差中就會多出一部分因氣源波動而引入的系統誤差Δq，并且波動幅度越大，所引入的Δq就可能越大。以氣源波動度0.5%為例，其引入的系統誤差所占百分比也可能達到0.5%。因此，氣源波動度較大會嚴重降低現場校準的準確性。
3.1.2 解決方法
氣源波動度對流量校準結果的影響，可歸結于流量傳遞時間上的延遲，造成流經被校流量計的流量和流經標準器的流量不等，從而引入了一個系統誤差。因此，要降低氣源波動度對流量校準結果的影響，可以從傳遞時間延遲和減少系統誤差所占比例兩方面入手。具體解決辦法：①測量被校流量計和音速噴嘴之間的實際距離以及氣體流速，計算出流量傳遞所需時間Δt，在采集時將標準信號采集起止時間延遲Δt，盡可能確保標準和被校器之間所測流量的同步性。②增加每一校準點的流量累加時間T，通過計算這段時間內被校累積流量和標準累積流量比較，得到被測系統示值誤差。如圖2所示，由于增加了累積時間T，增大了累積流量值Q累，從而降低了系統誤差所占的百分比Δq/Q累，達到了提高校準準確性的目的。
圖2 流量積算示意圖
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