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超聲氣體流量計的干法校驗簡介
關鍵字：超聲氣體流量計,氣體流量計,流量計 日期：2012-9-22 8:33:23
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一般氣體流量計的校驗均是通過容積法或參照標準表進行的。但是，這樣校驗大流量時
十分困難。超聲氣體流量計無論管徑大小，可在使用現場進行干法校驗，完成自身的標定。
其基礎是建立在聲時測量精確度高，直接測出氣體流速。對測試結果進行分析，調整儀表的
校正因子來完成校驗。這種方法對儀表的技術性能和質量提出了相當高的要求。
從式(4.26)不難看出，流量傳感器的聲程長度和聲道角應安裝和測量準確。儀表所用集
成電路和石英振蕩器應該是高質量的。時間測量的精確度和穩定性要優于0. 01%。當氣流靜
止時，順向和逆向的聲傳播時間應沒有差異，所指示的流量為零。
在氣流靜止、溫度穩定條件下，采集數百秒（測量時的脈沖每秒20～60次）的氣流速度
值，并加以平均。一個口徑30cm的氣體流量計，所產生的平均流速應低于3mm/s。最小的變
化可為零，這是儀表校驗的前提條件。在測量聲速時，應保持壓力、氣體溫度、成分、流速不
變和精確的聲程長度，儀表應工作正常。聲速測量的精確度優于o．05%。聲程長度可用聲速
的測量結果加以調整。
干法校驗不確定范圍的分析如下。
干法校驗的不確定性有以下幾個部分。
(1)氣流速剖面校正因子對于單聲道不確定范圍估計在l%;對于三聲道約為o．4%；對于五
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的誤差應該控制好。例
如，一個口徑375mm，聲道角60°，聲程886. 025mm的流量傳感器，根據經驗估計各參量的
不確定范圍值，聲道角約±o．05。；聲程長度約±o．525mm;管徑約±o．125mm。每一參
量根據式(4.28)可以計算其不確定范圍。聲程長度為±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，幾何尺寸產生的不確定范圍是±0. 27%。若按均方根
誤差計算不確定范圍為±0.18%。
(3)時間測量的不確定范圍 傳播時間測量的不確定范圍可用零讀數與增量誤差之間的區別
來評估。零誤差與傳播時間測量的分辨率及傳播時間的補償有關系。當流速為零時會引入傳播
時間上的不同，從式可得下式：
式中 δt —— 時間測量誤差；
δt —— 氣體流速測量誤差。
傳播時間測量的不確定范圍最大在l0ns。一個口徑為375mm，聲道角為60°，內部的氣體
聲速為348m/s的表體，把時間測量的不確定范圍轉換為氣體速度大約為1.5mm/s。若將流速范
圍變換為百分數，如圖1所示。按每秒誤差1.5mm所作出的一條相對誤差曲線。若口徑縮小，在
低流速時將會補償一個顯而易見的大誤差。
圖1 傳播時間不確定范圍內補償產生的絕對誤差和相對誤差
這條曲線表明傳播時間測量的不確定范圍，在低流速時是重要的，正常工作范圍并不重要。
作為參考，一個口徑325mm的流量儀表，典型補償誤差為2mm/s。
(4)儀表總的不確定范圍超聲氣體流量計總的測量不確定范圍是：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：
這個數值與頂尖世界級的校驗設備所具有的不確定范圍量值(0.25%～0.3%)相當。
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