建立高準確度的流量標準裝置是進行流量計研究和制造的基礎。氣體流量因受溫度、壓力、濕度及其性質的影響比液體較為明顯,為檢定不同種類的氣體流量計所建立的標準裝置種類繁多,為了研究氣體密度(壓力)變化,對氣體流量計性能的影響,天津大學過程檢測與控制實驗室設計并建立了一套正壓法音速噴嘴試驗裝置進行氣體流量計的檢定。
音速噴嘴氣體流量標準裝置具有如下優點:
(1)正壓法音速噴嘴氣源壓力可調,這樣就可以通過改變氣源壓力調整氣體密度,為研究氣體密度變化對流量計的影響提供了條件;
(2)作為標準流量計,它既可以在線標定亦可以離線標定各種氣體流量計;
(3)適用的流體工作條件如溫度、壓力、大流量等寬;
(4)精度高,噴嘴精度0.2級,整個標準裝置精度優于0.5級;
(5)它對于高壓大流量氣體流量的測量比其它標準裝置優越,如結構簡單,體積小,復現性好,檢定周期長(一般為五年)。
對于油田、石化、天然氣等工業測量范圍,大多采用音速噴嘴法。音速噴嘴法氣體流量標準裝置的氣源設置有正壓法和負壓法兩種。正壓法裝置通過改變噴嘴入口的滯止壓力,容易地改變流過噴嘴的氣體質量流量,用較少的噴嘴實現較寬的流量范圍,而且較高而可變的氣源壓力可以使其工作在正壓狀態下,從而氣體密度高于常壓裝置,具有不同密度(壓力)點上的試驗能力,可用于研究氣體密度變化對于流量儀表性能的影響。
氣源的設置有正壓法和負壓法兩種,
負壓法,就是以大氣作為源頭,在噴嘴下游用真空泵造成負壓以滿足臨界條件。這種方法的好處是氣源為無限大大氣,壓力穩定,系統比較簡單,所需投資以及運行費用都比較少。但是,由于是用大氣作為氣源,氣源壓力,即氣體密度,不可調,不能通過負壓法研究氣體密度變化對流量計的影響如何變化;
正壓法,可以通過改變噴嘴入口的滯止壓力,即氣體密度,為研究氣體密度對流量計的影響提供了條件。但是,與負壓法相比,正壓法有兩個關鍵性問題需要解決:須提供足夠的實驗所需氣源;須設置復雜的壓力調節系統,保證氣源壓力穩定。
通過對正壓法與負壓法的比較,實驗室為了研究氣體密度對變化對流量計的影響,建立了一套正壓法音速噴嘴標準裝置,并且解決了以上提到的兩個難題。