音速喷嘴的原理及标定装置

2017-02-28 17:02:12 4389

[导读]音速喷嘴是近期发展很快的一种新型气体流量试验装置，又称为临界流流愚计。它适用于离压力、大流量气体流量的检测和气体流量标准的传递。其测量准确度高，可到±0.2%。今天我们就来了解一下音速喷嘴的相关资料。

音速是介质中微弱压强扰动的传播速度，其大小介质的性质和状态而异。音速喷嘴是近期发展很快的一种新型气体流量试验装置，又称为临界流流愚计。它适用于离压力、大流量气体流量的检测和气体流量标准的传递。其测量准确度高，可到±0.2%。今天我们就来了解一下音速喷嘴的相关资料。

音速喷嘴的原理及标定装置

音速喷嘴的原理

喷嘴的流道或孔径是逐渐收缩缩小的，最小孔径的流道部分称为喷嘴的喉部。如果喉部以后孔径是逐渐扩大的圆锥形的流道则称为文丘里喷管（喷管）。

对于音速喷嘴和喷管（喉部气流速度低于音速>，在长期的实践中已积累了足够的资料，亦已标准化。对于亚音速喷嘴或喷管来说，其流量不仅与其上游压力有关，也与其下游压力有关•在推导其流量公式时，常把上下游的压力差作为计算流量的信号，其流出系数的影响因素也多，要提高其准确度是有困难的。

理论和实验均证明，当喷嘴的下游压力与上游压力之比达到临界状态（对空气是0.528)时，音速喷嘴或喷管的喉部气流会达到音速。即便其下游的压力再下降（意味着下游压力与上游压力之比减小），其流速（流量）也保持恒定。这种现象在流体力学中称为壅塞现象。这时流经音速喷嘴的质量流称为临界流量。临界流量仅与喷嘴入口处介质的性质(等熵指数k和气体常数R）及热力学状态（温度和压力）有关，而与下游状态无关。气体流量标准的传递就是利用了这一特性。建立起了气体流量标准装置。音速喷嘴还可以作为流量标准与被检流量计串连，进行在线检定。

音速喷嘴是根据需要标定的最大及最小流量范围由多个音速喷嘴组成标准流量装置。在相同的时间间隔内，气体连续的流过喷嘴和被较流量计，由于质量守恒，通过喷嘴的质量流量和被较流量计的质量流量相同，比较两者的流量值可以确定被较流量计的计量性能。装置由气源系统、标准表组件、被检表、温度计和压力计等组成。

音速喷嘴的原理及标定装置

音速喷嘴标定装置

气体音速喷嘴装置由以下部分组成：

1、3台罗茨风机（二台2220m3/h与1台1440m3/h），总装机容量达到6000m3/h

2、1台60m3/h的空气压缩机，配置温压缓冲罐，以保证装置中气动夹表器、气动阀门的动力保证。

3、装置设计电总功率为185kw，动力配电采用变频器气动方式，以保证真空度的恒压控制。

4、基本管路采用304不锈钢材料，以确保气体的洁净和装置的耐用。五路检定管径分别是：DN50DN100DN150DN200/DN300

5、超音速喷嘴采用316L不锈钢加工，并由中国计量院出具检定证书。

6、控制系统构成：以上位机（PC机）和下位机（高性能单片机）为核心完成流程控制设备的开关、信号采集、数据处理、打印仪表检定报告及检定证书。

它的特点包括：

1、喷嘴结构简单、坚固耐用、易于复制和检验，其流出系数的不确定度≤0.2％。

2、装置结构紧凑，重复性和可靠性好。

3、装置在工作时，根据流量大小可以自由组合多个喷嘴，因此测量范围宽。下限为2.5m3/h，上限在装置最大流量以下选定。

4、采用精度较高的温度变送器和差压变送器，并且对测量数据采用多次平均法，进一步保证所采集数据的准确性。

5、在流量检定过程中，采用了先进的脉冲插值技术进行脉冲计数，充分保证所测流量脉冲的准确性。

6、自由选择流量计检定的检定时间、检定体积、流量点数、检定次数等，极大方便用户操作。

音速喷嘴的原理及标定装置