气体流量现场校准／检测需注意的几个问题
张海英
（南京机电液压工程研究中心，南京２１１１０２）
摘要气体流餐测量系统的现场实际状况与诸多因素相关，具有不确定性和现场多发性，本文对气体流量测量系统的现场校准／检测实际工作中遇到的问题进行了阐述以及原因分析，并提出解决方法和途径。
关键词气体流量；现场校准／检测；系统
Ｏ
引言
的测量值相比较。依据校准／检测结果，验证气体流量测量系统流量测量值的准确度。对于不符合技术气体流量的测量是近几年来逐渐应用于航天、
指标的测量系统，据此确定故障现象。
航空环控及其他相关专业的一种测量方式，根据测２
量溯源性的需求，针对气体流量的校准／检测所用问题阐述与分析
的标准装置，最常见的方式是在上级校准／检测实验２．１
安装方式
室里实施。由于实验室的校准／检测方式最大限度在工程实际应用中，流量测量仪器仪表的安装
地只考虑了流量一次仪表和二次仪表在实验室的匹方式一般采用垂直安装与水平安装两种，如图２所
配状况，因此，即使在实验室检定合格的仪器仪表，示。
在实际工作现场也有可能由于管路系统、安装方式、温度，压力补偿等多方面的因素，致使系统流量测量并不准确，甚至有时出现严重偏差。因此，采用气体流量现场系统校准／检测的方式，往往能为这些问题提供标准依据和解决方法。
靠苛∞睹
（ａ）水平安装（ｂ）水平安装（ｃ）水平安装（ｄ）垂直安装１
气体流量现场校准／检测标准装置的系统（变送器在上方）（变送器在下方）（变送器在侧面）（变送器在侧面）
组成
图２流量仪表常用的安装方式
气体流量现场／检测标准装置的工作原理如图
对于不同的流体应采用不同的安装方式，气体、１所示。
ｎｑ
含水量液体的气体、低温气体、含微量固体颗粒的气体等可采用（ａ）、（ｅ）、（ｄ）方式安装；高温气体、蒸汽可采用（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）方式安装；湿饱和蒸汽可采用（ａ）、（ｅ）、（ｄ）方式安装；液一气（含微量气体），如１．气源；２．稳压罐；３．干燥器；４．调节阀；５．铂电阻温度计；
果气、固相不超出可测量范围，建议首先采用（ｄ）方６．绝压变送器；７．音速喷嘴；８．湿度计；９．消声器；
式安装。
ｌＯ。数据处理系统
需要提出的是，安装流量计要选择远离弯头、变图ｌ气体质量流量校准装置性能试验原理图
径、阀门的地方，以保证介质有一个稳定的流动状态。一般要求流量计的安装需要有一定的前、后直
在实际校彬检测过程中，根据流量连续的原
管段，而前、后直管段的长度则取决于流量计配备管理，将被校气体流量测量系统与标准装置串联在一道公称通径的大小，如，某流量计的安装直管段长度起，通过数据采集器采集流经音速喷嘴的压力、温
要求如图３所示，如果现场条件确实满足不了流量度，以及湿度值，计算出标准流量，与被校流量系统
计的要求，可以采用在流量计前一定距离安装整流
・８・
器的方式来解决。图３某流量计安装直管段要求
实际检测过程中，出现某试验台流量测量系统因未加工合适的前、后直管段而造成流量计偏差超出标准值的几倍的情况；对于小口径，大流量测量范围，且安装管道距离地面较高的流量计的安装时，如某些科氏力流量计对振动较为敏感，最好在流量前、后直管段法兰处加以固定，以保证流速较大时流量值的稳定，否则，流量测量值在标准值的附近呈正弦波动；对于蒸汽流量计，尤其是小流量测量范围的蒸汽流量计，由于长时间使用后，引水管内水蒸汽冷凝后存在水位高度差，建议每次使用之前，用专门的手操器进行压差清零，以保证测量值的正确。２．２流量测量系统的结构
一般气体流量测量系统的结构如图４所示，气源阀门的安装位置应在流量计之前。由于气体流量一般与压力或压差的开方成正比。因此，通过调节气源阀门的开度大小，可以得到流量计流量测量范围内的不同测量值。在试验台验收过程中，某流量测量系统的控制阀门位置在流量计之后，这种系统结构造成的后果是：阀门无法控制其流量值的大小，或者由于阀的开度过大，而令整个流量测量系统不能自动控制在流量计测餐范围的下限。对于有自动控制和手动控制的流量控制系统，如果此时用自动控制的方式传送流量设定值给控制系统，则会出现振荡，如，某流量测量系统的控制阀门的开度仅变化了０．１％，其测量值却相差２３．８％。
：
甲甲
—臣｝弗２卜ｔｊ—田～－ｔＺ］
１．气源；２．调节阀；３．流量计；４．压力补偿（视具体情况而定）
５．温度补偿（视具体情况而定）；６．流最显示仪表；
７．计算机拄制系统（视具体情况而定）
图４～般气体流量测最系统的结构框图
另外，控制阀门的响应时间与流量计的响应时
间之间的关系也影响试验台的工作状况，如果流量计的相应时间滞后于阀门，则需要在现场校准／检测时，需要一定的延时，以保证检Ｎ／校准的无误。
对于有压力Ｐ、温度ｔ补偿的流量计，尤其在校准／检测体积流量计时，特别应注意其压力Ｐ为绝对压力，两菲相对压力，是与当时现场的标准大气压
有关的，是变化的参数。实际工作中，出现某试验台用表压传感器来对气体流量补偿，现场系统检测时，流量测量系统获得的的测量值与标准值相差很大，分析查找原因，实际上是由于介质密度Ｐ的求值出现错误，在流量测量系统中，直接用标况下的Ｐ。乘以体积流量计的数值得出的质量流量。即用ｍ＝
Ｐ。・Ｖ代替ｍ＝Ｐ・Ｖ，工况与标况条件下密度的关
系：
２
ｇ
Ｐ
ｎ×１万ｘ
＋ｒ）＋１）
其中：｜ｐ。为工况条件下的介质密度（ｋｒ／ｍ３）；ｐ。为标准条件下的介质密度（ｋ∥ｍ３，１０１．３ｋＰａ，２００Ｃ）；Ｐ为工况压力（ｋＰａ）；Ｔ为工况温度（℃）。
如果没有注意绝压的情况或根本未考虑过密度Ｐ随压力Ｐ、温度ｔ变化的差值运算表，测量系统得到的气体质量流量就差之甚远。表１给出干燥空气差值运算密度表。
２．３一次仪表与二次仪表的设置
许多场合，流量一次仪表只有出厂合格证或出厂检定证书，而未经过第三方权威机构实验室的校准／检定。用户往往是在现场安装、调试完毕后，才要求进行现场的检测。这时，需要查看一次仪表与二次仪表的设置。比如：介质选择、量程设定、计量单位的一致与否等等。尤其对于大量程流量计在只使用其部分测量分段的一对一关系时，相关的流量系数或上限截止等重要参数往往不能忽略。否则，
造成严格按流量计测量范围进行校彬检测时，在一
定范围内合格，而在一定范围内就完全不对的状态，即有一个临界点。
需要提出的是，一次仪表的量程范围往往是在一定压力下给出的，即流量计的最大流量测量值应
有一个最大工作压力值与之相对应。在现场安装、
调试过程中，～定要考虑气源带载情况下，管路压损后的所能提供的最大压力。比如，实际环控系统，低压路和中压路最大供给压力分别为７００ｋＰａ、１６００ｋＰａ。
・９・
表１
Ｐ／ＭＰａ
Ｏ
１０
干燥空气密度表ｐ／ｋｇ／ｍ３．Ｐ／ＭＰａ（绝对压力）
∥℃
２０１．１６６ｌ
３０
４０１．０９１７
５０１．０５７７
６０
７０
８０
９０
０．０９８ｌ，２５１５１．２０７２１．１２７６
１．０２６１ｌＯ．９９６２０．９６８０
０．９４１３
０．１０１ｌ，２９２８１．２４７ｌ１．２０４６１．１６４９１．１２７７
１．０９２６１．０６００１．０２９１１．Ｏｏｏ
０．９７２４
Ｏ．１９６
２．５０３０２．４１４４２．３３２２
２．２５５２２．１８３４２．１１５４２．０５５２１．９９２４１．９３６０１．８８２６
Ｏ．２９４３．７５４５３．６２１６３．４９８３３．３８２５３．２７５１３．１７３１
３。０７８３２．９８８６２．９０４０
２．８２３９
０．３９２５．００６０４．８２８８４．６６４４
４．５１０４４．３６６８４，２３０８４．１０４４３．９８４８３．８７２０３．７６５２
０．４９０６．２５７５
６．０３６０
５．８２０５５．６３８０５．４５８５５．２８８５５．１３０５４．９８１０
４．８４００
４．７０６５
●０・５８８
０．６８６
７．５０９ｌｏ７．２４３２６．９９６６６．７６５６６．５５０２６．３４６２６．１５６６
５．９７７２５．８０８０
５．６４７８
８，７６０５８．４５０４
８，１６２７７．８９３２７．６４１９７，４０３９７．１８２７６．９７３４６，７７６０６．５８９１
０．７８４１０．０１２９．６５７６９．３２８８９．０２０８８．７３３６８．４６１６８．２０８８７．９６９６
７，７４４０
７．５３０４
０．８８２
１１．２６３ｌＯ．８６４１０．４９４１０．１４８９．８２５３
９．５１９３９．２３４９８．９６５８８．７１２０８．４７１７
０．９８０１２．５１５１２．０７２１１．６６ｌ１１．２７６１０．９１７１０．５７７１０．２６１９．９６２０９，６８００９．４１３０
１．０７８１３．７６６１３．２７９１２．８２７
１２．４０３
１３．５３ｌ
１２．００８１１．６３４１１．２８７１０．９５８
１０，６４８
１０．３５４
１．１７６
１５．０１８１４．４８６
１３．９９３１３．１００
１２．６９２１２．３１３１１．９５４１１．６１６１１．２９５
１．２７４１６．２６９１５．６９３１５．１５９１４．６５８１４．１９２１３．７５０１３．３３９１２．９５０１２．５８４
１２．２３６
Ｉ．３７２１７．５２Ｉ１６．９００１６．３２５１５。７８６１５．２８３１４．８０７１４．３６５】３．９４６
１３．５５２１３．１７８
１．４７０
１８．７７２
１８．１０８１７．４９ｌ１６．９１４１６．３７５１５．８６５
１５．３９１１４．９４３１４．５２０１４．１１９
１．５６９２０．０２４１９．３１５１８．６５７
１８．０４ｌ
１９，１６９
１７．４６７１６．９２３１６．４１７１５．９３９１５．４８８１５．ｏ（沁
１．６６７２１．２７５２０．５２２１９．８２３１８．５５８１７．９８０１７．４４３１６．９３５
１６，４５８１６．００２
１．７６５２２．５２７
２１．７２９
２０．９８９２０，２９６１９．６５０１９．０３８１８．４６９１７．９３ｌ１７．４２４１６．６９３
１．８６３２３．７７８２２．９３６２２．１５５２１．４２４２０．７４２２０．０９６１９．４９５１８．９２７１８．３９２１７．８８４
１．９６ｌ
２５．０３０
２４．１４４２３．３２２２２，５５２２１．８３４２１．１５４２０．５２２１９．９２４
１９．３６０１８．８２６
将应用于中压路的流量计用于低压路，流量计就不能达到最大流量测量值，具有一定的缺陷。
对于有压力队温度￡补偿的流量计，尤其注意在二次仪表的压力Ｐ量程、标况下的密度Ｐ设置一定要正确无误，在检测现场，也曾发现，某流量计的显示状态在不同压力Ｐ下的密度Ｐ相同，造成流量显示完全不正确。
３
大致分为以上三种，在实际现场，可能存在交叉、重叠的现象，需要一步步排除。遇到复杂的状况，可能需要将测量系统分段排除，在每一个仪器仪表处设置监控点，以观测故障发生部位。纯粹的压差式流量计测量系统比较简单，而漩涡流量计或涡轮流量计相对来说比较复杂，需要体积流量与质量流量的换算。
参考文献
［１］国防科工委科技与质量司．力学计量．北京：原子能出版杜
结束语
现场气体流量的检测／校准过程中出现的问题，
・ｌＯ・
气体流量现场校准／检测需注意的几个问题
张海英
（南京机电液压工程研究中心，南京２１１１０２）
摘要气体流餐测量系统的现场实际状况与诸多因素相关，具有不确定性和现场多发性，本文对气体流量测量系统的现场校准／检测实际工作中遇到的问题进行了阐述以及原因分析，并提出解决方法和途径。
关键词气体流量；现场校准／检测；系统
Ｏ
引言
的测量值相比较。依据校准／检测结果，验证气体流量测量系统流量测量值的准确度。对于不符合技术气体流量的测量是近几年来逐渐应用于航天、
指标的测量系统，据此确定故障现象。
航空环控及其他相关专业的一种测量方式，根据测２
量溯源性的需求，针对气体流量的校准／检测所用问题阐述与分析
的标准装置，最常见的方式是在上级校准／检测实验２．１
安装方式
室里实施。由于实验室的校准／检测方式最大限度在工程实际应用中，流量测量仪器仪表的安装
地只考虑了流量一次仪表和二次仪表在实验室的匹方式一般采用垂直安装与水平安装两种，如图２所
配状况，因此，即使在实验室检定合格的仪器仪表，示。
在实际工作现场也有可能由于管路系统、安装方式、温度，压力补偿等多方面的因素，致使系统流量测量并不准确，甚至有时出现严重偏差。因此，采用气体流量现场系统校准／检测的方式，往往能为这些问题提供标准依据和解决方法。
靠苛∞睹
（ａ）水平安装（ｂ）水平安装（ｃ）水平安装（ｄ）垂直安装１
气体流量现场校准／检测标准装置的系统（变送器在上方）（变送器在下方）（变送器在侧面）（变送器在侧面）
组成
图２流量仪表常用的安装方式
气体流量现场／检测标准装置的工作原理如图
对于不同的流体应采用不同的安装方式，气体、１所示。
ｎｑ
含水量液体的气体、低温气体、含微量固体颗粒的气体等可采用（ａ）、（ｅ）、（ｄ）方式安装；高温气体、蒸汽可采用（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）方式安装；湿饱和蒸汽可采用（ａ）、（ｅ）、（ｄ）方式安装；液一气（含微量气体），如１．气源；２．稳压罐；３．干燥器；４．调节阀；５．铂电阻温度计；
果气、固相不超出可测量范围，建议首先采用（ｄ）方６．绝压变送器；７．音速喷嘴；８．湿度计；９．消声器；
式安装。
ｌＯ。数据处理系统
需要提出的是，安装流量计要选择远离弯头、变图ｌ气体质量流量校准装置性能试验原理图
径、阀门的地方，以保证介质有一个稳定的流动状态。一般要求流量计的安装需要有一定的前、后直
在实际校彬检测过程中，根据流量连续的原
管段，而前、后直管段的长度则取决于流量计配备管理，将被校气体流量测量系统与标准装置串联在一道公称通径的大小，如，某流量计的安装直管段长度起，通过数据采集器采集流经音速喷嘴的压力、温
要求如图３所示，如果现场条件确实满足不了流量度，以及湿度值，计算出标准流量，与被校流量系统
计的要求，可以采用在流量计前一定距离安装整流
・８・
器的方式来解决。图３某流量计安装直管段要求
实际检测过程中，出现某试验台流量测量系统因未加工合适的前、后直管段而造成流量计偏差超出标准值的几倍的情况；对于小口径，大流量测量范围，且安装管道距离地面较高的流量计的安装时，如某些科氏力流量计对振动较为敏感，最好在流量前、后直管段法兰处加以固定，以保证流速较大时流量值的稳定，否则，流量测量值在标准值的附近呈正弦波动；对于蒸汽流量计，尤其是小流量测量范围的蒸汽流量计，由于长时间使用后，引水管内水蒸汽冷凝后存在水位高度差，建议每次使用之前，用专门的手操器进行压差清零，以保证测量值的正确。２．２流量测量系统的结构
一般气体流量测量系统的结构如图４所示，气源阀门的安装位置应在流量计之前。由于气体流量一般与压力或压差的开方成正比。因此，通过调节气源阀门的开度大小，可以得到流量计流量测量范围内的不同测量值。在试验台验收过程中，某流量测量系统的控制阀门位置在流量计之后，这种系统结构造成的后果是：阀门无法控制其流量值的大小，或者由于阀的开度过大，而令整个流量测量系统不能自动控制在流量计测餐范围的下限。对于有自动控制和手动控制的流量控制系统，如果此时用自动控制的方式传送流量设定值给控制系统，则会出现振荡，如，某流量测量系统的控制阀门的开度仅变化了０．１％，其测量值却相差２３．８％。
：
甲甲
—臣｝弗２卜ｔｊ—田～－ｔＺ］
１．气源；２．调节阀；３．流量计；４．压力补偿（视具体情况而定）
５．温度补偿（视具体情况而定）；６．流最显示仪表；
７．计算机拄制系统（视具体情况而定）
图４～般气体流量测最系统的结构框图
另外，控制阀门的响应时间与流量计的响应时
间之间的关系也影响试验台的工作状况，如果流量计的相应时间滞后于阀门，则需要在现场校准／检测时，需要一定的延时，以保证检Ｎ／校准的无误。
对于有压力Ｐ、温度ｔ补偿的流量计，尤其在校准／检测体积流量计时，特别应注意其压力Ｐ为绝对压力，两菲相对压力，是与当时现场的标准大气压
有关的，是变化的参数。实际工作中，出现某试验台用表压传感器来对气体流量补偿，现场系统检测时，流量测量系统获得的的测量值与标准值相差很大，分析查找原因，实际上是由于介质密度Ｐ的求值出现错误，在流量测量系统中，直接用标况下的Ｐ。乘以体积流量计的数值得出的质量流量。即用ｍ＝
Ｐ。・Ｖ代替ｍ＝Ｐ・Ｖ，工况与标况条件下密度的关
系：
２
ｇ
Ｐ
ｎ×１万ｘ
＋ｒ）＋１）
其中：｜ｐ。为工况条件下的介质密度（ｋｒ／ｍ３）；ｐ。为标准条件下的介质密度（ｋ∥ｍ３，１０１．３ｋＰａ，２００Ｃ）；Ｐ为工况压力（ｋＰａ）；Ｔ为工况温度（℃）。
如果没有注意绝压的情况或根本未考虑过密度Ｐ随压力Ｐ、温度ｔ变化的差值运算表，测量系统得到的气体质量流量就差之甚远。表１给出干燥空气差值运算密度表。
２．３一次仪表与二次仪表的设置
许多场合，流量一次仪表只有出厂合格证或出厂检定证书，而未经过第三方权威机构实验室的校准／检定。用户往往是在现场安装、调试完毕后，才要求进行现场的检测。这时，需要查看一次仪表与二次仪表的设置。比如：介质选择、量程设定、计量单位的一致与否等等。尤其对于大量程流量计在只使用其部分测量分段的一对一关系时，相关的流量系数或上限截止等重要参数往往不能忽略。否则，
造成严格按流量计测量范围进行校彬检测时，在一
定范围内合格，而在一定范围内就完全不对的状态，即有一个临界点。
需要提出的是，一次仪表的量程范围往往是在一定压力下给出的，即流量计的最大流量测量值应
有一个最大工作压力值与之相对应。在现场安装、
调试过程中，～定要考虑气源带载情况下，管路压损后的所能提供的最大压力。比如，实际环控系统，低压路和中压路最大供给压力分别为７００ｋＰａ、１６００ｋＰａ。
・９・
表１
Ｐ／ＭＰａ
Ｏ
１０
干燥空气密度表ｐ／ｋｇ／ｍ３．Ｐ／ＭＰａ（绝对压力）
∥℃
２０１．１６６ｌ
３０
４０１．０９１７
５０１．０５７７
６０
７０
８０
９０
０．０９８ｌ，２５１５１．２０７２１．１２７６
１．０２６１ｌＯ．９９６２０．９６８０
０．９４１３
０．１０１ｌ，２９２８１．２４７ｌ１．２０４６１．１６４９１．１２７７
１．０９２６１．０６００１．０２９１１．Ｏｏｏ
０．９７２４
Ｏ．１９６
２．５０３０２．４１４４２．３３２２
２．２５５２２．１８３４２．１１５４２．０５５２１．９９２４１．９３６０１．８８２６
Ｏ．２９４３．７５４５３．６２１６３．４９８３３．３８２５３．２７５１３．１７３１
３。０７８３２．９８８６２．９０４０
２．８２３９
０．３９２５．００６０４．８２８８４．６６４４
４．５１０４４．３６６８４，２３０８４．１０４４３．９８４８３．８７２０３．７６５２
０．４９０６．２５７５
６．０３６０
５．８２０５５．６３８０５．４５８５５．２８８５５．１３０５４．９８１０
４．８４００
４．７０６５
●０・５８８
０．６８６
７．５０９ｌｏ７．２４３２６．９９６６６．７６５６６．５５０２６．３４６２６．１５６６
５．９７７２５．８０８０
５．６４７８
８，７６０５８．４５０４
８，１６２７７．８９３２７．６４１９７，４０３９７．１８２７６．９７３４６，７７６０６．５８９１
０．７８４１０．０１２９．６５７６９．３２８８９．０２０８８．７３３６８．４６１６８．２０８８７．９６９６
７，７４４０
７．５３０４
０．８８２
１１．２６３ｌＯ．８６４１０．４９４１０．１４８９．８２５３
９．５１９３９．２３４９８．９６５８８．７１２０８．４７１７
０．９８０１２．５１５１２．０７２１１．６６ｌ１１．２７６１０．９１７１０．５７７１０．２６１９．９６２０９，６８００９．４１３０
１．０７８１３．７６６１３．２７９１２．８２７
１２．４０３
１３．５３ｌ
１２．００８１１．６３４１１．２８７１０．９５８
１０，６４８
１０．３５４
１．１７６
１５．０１８１４．４８６
１３．９９３１３．１００
１２．６９２１２．３１３１１．９５４１１．６１６１１．２９５
１．２７４１６．２６９１５．６９３１５．１５９１４．６５８１４．１９２１３．７５０１３．３３９１２．９５０１２．５８４
１２．２３６
Ｉ．３７２１７．５２Ｉ１６．９００１６．３２５１５。７８６１５．２８３１４．８０７１４．３６５】３．９４６
１３．５５２１３．１７８
１．４７０
１８．７７２
１８．１０８１７．４９ｌ１６．９１４１６．３７５１５．８６５
１５．３９１１４．９４３１４．５２０１４．１１９
１．５６９２０．０２４１９．３１５１８．６５７
１８．０４ｌ
１９，１６９
１７．４６７１６．９２３１６．４１７１５．９３９１５．４８８１５．ｏ（沁
１．６６７２１．２７５２０．５２２１９．８２３１８．５５８１７．９８０１７．４４３１６．９３５
１６，４５８１６．００２
１．７６５２２．５２７
２１．７２９
２０．９８９２０，２９６１９．６５０１９．０３８１８．４６９１７．９３ｌ１７．４２４１６．６９３
１．８６３２３．７７８２２．９３６２２．１５５２１．４２４２０．７４２２０．０９６１９．４９５１８．９２７１８．３９２１７．８８４
１．９６ｌ
２５．０３０
２４．１４４２３．３２２２２，５５２２１．８３４２１．１５４２０．５２２１９．９２４
１９．３６０１８．８２６
将应用于中压路的流量计用于低压路，流量计就不能达到最大流量测量值，具有一定的缺陷。
对于有压力队温度￡补偿的流量计，尤其注意在二次仪表的压力Ｐ量程、标况下的密度Ｐ设置一定要正确无误，在检测现场，也曾发现，某流量计的显示状态在不同压力Ｐ下的密度Ｐ相同，造成流量显示完全不正确。
３
大致分为以上三种，在实际现场，可能存在交叉、重叠的现象，需要一步步排除。遇到复杂的状况，可能需要将测量系统分段排除，在每一个仪器仪表处设置监控点，以观测故障发生部位。纯粹的压差式流量计测量系统比较简单，而漩涡流量计或涡轮流量计相对来说比较复杂，需要体积流量与质量流量的换算。
参考文献
［１］国防科工委科技与质量司．力学计量．北京：原子能出版杜
结束语
现场气体流量的检测／校准过程中出现的问题，
・ｌＯ・