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超聲氣體流量計(jì)的干法校驗(yàn)簡(jiǎn)介
關(guān)鍵字：超聲氣體流量計(jì),氣體流量計(jì),流量計(jì) 日期：2012-9-22 8:33:23
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一般氣體流量計(jì)的校驗(yàn)均是通過(guò)容積法或參照標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行的。但是，這樣校驗(yàn)大流量時(shí)
十分困難。超聲氣體流量計(jì)無(wú)論管徑大小，可在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行干法校驗(yàn)，完成自身的標(biāo)定。
其基礎(chǔ)是建立在聲時(shí)測(cè)量精確度高，直接測(cè)出氣體流速。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，調(diào)整儀表的
校正因子來(lái)完成校驗(yàn)。這種方法對(duì)儀表的技術(shù)性能和質(zhì)量提出了相當(dāng)高的要求。
從式(4.26)不難看出，流量傳感器的聲程長(zhǎng)度和聲道角應(yīng)安裝和測(cè)量準(zhǔn)確。儀表所用集
成電路和石英振蕩器應(yīng)該是高質(zhì)量的。時(shí)間測(cè)量的精確度和穩(wěn)定性要優(yōu)于0. 01%。當(dāng)氣流靜
止時(shí)，順向和逆向的聲傳播時(shí)間應(yīng)沒(méi)有差異，所指示的流量為零。
在氣流靜止、溫度穩(wěn)定條件下，采集數(shù)百秒（測(cè)量時(shí)的脈沖每秒20～60次）的氣流速度
值，并加以平均。一個(gè)口徑30cm的氣體流量計(jì)，所產(chǎn)生的平均流速應(yīng)低于3mm/s。最小的變
化可為零，這是儀表校驗(yàn)的前提條件。在測(cè)量聲速時(shí)，應(yīng)保持壓力、氣體溫度、成分、流速不
變和精確的聲程長(zhǎng)度，儀表應(yīng)工作正常。聲速測(cè)量的精確度優(yōu)于o．05%。聲程長(zhǎng)度可用聲速
的測(cè)量結(jié)果加以調(diào)整。
干法校驗(yàn)不確定范圍的分析如下。
干法校驗(yàn)的不確定性有以下幾個(gè)部分。
(1)氣流速剖面校正因子對(duì)于單聲道不確定范圍估計(jì)在l%;對(duì)于三聲道約為o．4%；對(duì)于五
聲道約為0. 3%。
(2)流量傳感器的幾何尺寸 主要為聲程L，聲道角θ和管道截面積S的誤差應(yīng)該控制好。例
如，一個(gè)口徑375mm，聲道角60°，聲程886. 025mm的流量傳感器，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)各參量的
不確定范圍值，聲道角約±o．05。；聲程長(zhǎng)度約±o．525mm;管徑約±o．125mm。每一參
量根據(jù)式(4.28)可以計(jì)算其不確定范圍。聲程長(zhǎng)度為±0.06%，cos0為±o．15%，截面積S為
0. 06%。這些因素加在一起最壞的情況，幾何尺寸產(chǎn)生的不確定范圍是±0. 27%。若按均方根
誤差計(jì)算不確定范圍為±0.18%。
(3)時(shí)間測(cè)量的不確定范圍 傳播時(shí)間測(cè)量的不確定范圍可用零讀數(shù)與增量誤差之間的區(qū)別
來(lái)評(píng)估。零誤差與傳播時(shí)間測(cè)量的分辨率及傳播時(shí)間的補(bǔ)償有關(guān)系。當(dāng)流速為零時(shí)會(huì)引入傳播
時(shí)間上的不同，從式可得下式：
式中 δt —— 時(shí)間測(cè)量誤差；
δt —— 氣體流速測(cè)量誤差。
傳播時(shí)間測(cè)量的不確定范圍最大在l0ns。一個(gè)口徑為375mm，聲道角為60°，內(nèi)部的氣體
聲速為348m/s的表體，把時(shí)間測(cè)量的不確定范圍轉(zhuǎn)換為氣體速度大約為1.5mm/s。若將流速范
圍變換為百分?jǐn)?shù)，如圖1所示。按每秒誤差1.5mm所作出的一條相對(duì)誤差曲線(xiàn)。若口徑縮小，在
低流速時(shí)將會(huì)補(bǔ)償一個(gè)顯而易見(jiàn)的大誤差。
圖1 傳播時(shí)間不確定范圍內(nèi)補(bǔ)償產(chǎn)生的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差
這條曲線(xiàn)表明傳播時(shí)間測(cè)量的不確定范圍，在低流速時(shí)是重要的，正常工作范圍并不重要。
作為參考，一個(gè)口徑325mm的流量?jī)x表，典型補(bǔ)償誤差為2mm/s。
(4)儀表總的不確定范圍超聲氣體流量計(jì)總的測(cè)量不確定范圍是：流速剖面校正因子為K±0.3%；
表體尺寸為±0. 18%。總的不確定范圍為±0.48%，用均方根誤差表示，則為：
這個(gè)數(shù)值與頂尖世界級(jí)的校驗(yàn)設(shè)備所具有的不確定范圍量值(0.25%～0.3%)相當(dāng)。
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