[实用新型]一种可校准音速喷嘴的高压天然气流量原级标准装置

说明书

本实用新型涉及计量学领域，公开了一种可校准音速喷嘴的高压天然气流量原级标准装置，在本装置中，利用在线气相色谱仪检测HPPP原级标准装置进气端的气体初始组分，并通过所述HPPP原级标准装置测量实际经过音速喷嘴的体积流量q_v；声速测量装置用于测量所述音速喷嘴的进气管道内的声速；检定控制系统用于根据所述声速对由所述气体初始组分计算得到的气体摩尔质量进行修正，并利用修正后的气体摩尔质量计算所述音速喷嘴的流出系数C_d。本实用新型解决了HPPP原级标准装置无法直接校准音速喷嘴的问题，通过修正所述音速喷嘴的流出系数C_d，使得经过音速喷嘴的体积流量换算为质量流量时换算误差小，量传准确度高。

技术领域

本实用新型涉及计量学领域，具体涉及一种可校准音速喷嘴的高压天然气流量原级标准装置。

背景技术

发动机推力性能的测试、天然气流量计检定/校准等诸多领域都需要对气体流量进行测量，且气体流量的测量准确性取决于气体流量标准装置的测量精确性。

气体流量原级标准装置主要分为质量法和容积法。基于质量法主要有mt法标准装置，mt法标准装置又称质量-时间法标准装置，主要原理是在恒定重量的容器中通入气体，根据通入气体的质量和通入时间，求解气体的质量流量，且mt法标准装置可直接将量值传递给同属质量流量计的音速喷嘴。mt法原级标准装置的工作压力高，流量大，目前国内mt法原级标准装置的最大工作压力为8MPa，最大流量为8kg/s，装置的扩展不确定度为0.1％(k＝2)。容积法包括pVTt法标准装置、HPPP标准装置等，活塞式HPPP原级标准装置受其高压体积管的机械加工水平的影响较大，目前国内的HPPP原级标准装置的最大工作压力为10MPa，最大流量为480m³/h，装置的扩展不确定度为0.07％(k＝2)。文丘里喷嘴是用于测量气体流量的测量管，包括收缩段、喉部和扩散段，喷嘴孔径从入口到喉部逐渐减小，经过喉部后又渐扩到出口，文丘里喷嘴孔径最小的部分为喉部，在喉部的下游设有孔径逐渐扩大的流道，气流经过文丘里喷嘴时，当气流处于亚音速，喉部的气体流速将随上下游的压力差(即文丘里喷嘴的入口压力P₀与文丘里喷嘴的出口压力P₁之差)增大而增大；当上下游的压力差增加到一定值时，文丘里喷嘴喉部的气体流速达到最大流速，即当地音速，流经文丘里喷嘴的气体流量达到最大，即达到临界流，此时如果P₀不变，喉部的气体流速将保持不变，也就是不再受下游出口压力P₁的影响，此时的文丘里喷嘴即为临界流文丘里喷嘴，又称音速喷嘴，音速喷嘴的入口压力P₀称为滞止压力，音速喷嘴的入口温度称为滞止温度T₀，P₁与P₀的比值称为临界压力比。音速喷嘴因其结构简单、无可动部件、准确度高、重复性好等特点，国内外普遍将其作为传递标准对其它类型的气体流量计进行量值传递。

按照JJG620《临界流文丘里喷嘴检定规程》要求，音速喷嘴应每5年检定一次，在高压天然气计量领域，目前只有mt法天然气流量原级标准装置可以直接校准音速喷嘴，而由于天然气具有可压缩性且组分复杂等特点，在线气相色谱仪距离音速喷嘴的实际安装位置较远，在天然气低流速流通情况下，在线气相色谱仪检测的天然气摩尔质量与在音速喷嘴处的实际摩尔质量相差较大，而实际应用中利用在线气相色谱仪进行气体摩尔质量修正非常困难，因此在音速喷嘴处，天然气的实际摩尔质量的不确定度较大，从而导致音速喷嘴的流出系数的计算不确定度大，经过音速喷嘴的体积流量换算为质量流量时换算误差大，这也是造成mt法标准装置和HPPP法标准装置无法直接进行比对的主要原因。

实用新型内容

为了克服现有技术中经过音速喷嘴的体积流量换算为质量流量时换算误差大，导致HPPP原级标准装置无法直接校准音速喷嘴的问题，本实用新型提供了一种可校准音速喷嘴的高压天然气流量原级标准装置。