國家蒸汽流量計產品質檢中心的建立對深入開展以空氣、蒸汽等為介質的氣體流量計量具有重要的意義。文中從裝置結構、技術指標和技術特色等幾個方面，詳細介紹了國家蒸汽流量計產品質檢中心的蒸汽流量實流標準裝置、15000L 鐘罩式氣體流量標準裝置和負壓法音速噴嘴法氣體流量標準裝置。

1.引言

隨著科技進步和經濟發展，氣體能源輸送、供氣供暖工程和工業廢氣排放等大型管道的使用日益增多，對大流量、大口徑氣體流量儀表的需求量逐年增大。同時，很多企業對以蒸汽等為介質的氣體流量計進行實流檢測的要求也愈發強烈 。無論大流量、大口徑還是實流檢測，對計量部門都提出了新的挑戰。不僅要提升氣體流量計量技術水平，建設流量范圍更寬、口徑范圍更廣、準確度等級更高、種類各全面的標準裝置，還必須配備與其工作任務相適應的計量檢定人員和計量管理人員以及能保證工作正常進行的工作環境等，從而更好地開展氣體流量計的量值傳遞、型式評價和相關檢測技術的研究。面對氣體流量計量檢測需求帶來的挑戰，國家蒸汽流量計產品質檢中心近年來投入了大量的人力、物力進行探索研究，已建成蒸汽流量實流標準裝置、15000L 鐘罩式氣體流量標準裝置和負壓法音速噴嘴法氣體流量標準裝置。目前均已通過中國計量科學研究院的檢定、校準。

2、蒸汽流量實流標準裝置：

2.1、裝置結構：

蒸汽流量實流標準裝置以過熱蒸汽為介質，采用質量法和標準表法相結合的技術手段，實現對蒸汽流量儀表的實流檢定。裝置主要由汽源系統、調壓穩壓系統、檢定管路系統、冷凝稱重系統、冷卻循環系統和自動控制系統組成，并配備高精度的溫度變送器和壓力變送器。蒸汽流量實流標準裝置的結構如圖 1 所示。汽源為電廠發電后的蒸汽，最大流量可達 30t/h，滿足檢定的要求。汽源首先經過調壓穩壓系統，然后進入穩壓罐或直接進入檢定管路，再通過標準流量計和被檢流量計。標準表法直接將蒸汽排空，比較相同狀態下通過標準流量計和被檢流量計的蒸汽流量。質量法將一定時間內通過被檢流量計的蒸汽送入換熱器冷凝，對冷凝水進行稱重計量，稱重獲得的冷凝水質量與通過被檢流量計的蒸汽質量進行比較，完成對蒸汽流量計的檢定。該裝置可開展 DN300 以下的渦街、渦輪、超聲波、彎管等各種蒸汽流量計的檢定、校準和檢測工作，為提高蒸汽流量計量技術提供了試驗平臺。

2.2、主要技術指標：

（1）檢定介質：水蒸氣；

（2）測量范圍：（0.01 ～ 30）t/h；

（3）測量口徑：DN15 ～ DN300 十條管線

（4）流量穩定性：

質量法 0.2%；

標準表法 0.3%；

（5）擴展不確定度：

質量法

標準表法

2.3、技術特色：

蒸汽流量實流標準裝置采用質量法和標準表法相結合的技術方案，客戶可根據需要靈活選擇檢定和校準方法，提高檢定效率。當準確度要求較高時可選擇質量法，當滿足準確度要求并且考慮成本因素時可選擇標準表法。此外，還可以采用質量法對標準表進行自檢。

蒸汽介質的狀態可以得到有效調控。蒸汽汽源首先進入調壓穩壓系統和穩壓罐，使得蒸汽流量實流標準裝置具備克服企業蒸汽管網上的負荷變化對氣源擾動的能力。檢定管路的前端安裝氣動壓力調節閥，后端安裝氣動流量調節閥，能夠相互配合精確調節管路中的蒸汽溫度、壓力，也便于今后開展不同熱力學參數對蒸汽流量計性能影響的相關研究。

3、鐘罩式氣體流量標準裝置

3.1、裝置結構

鐘罩式氣體流量標準置以空氣為檢定介質，并配有穩定的恒壓源 [4]。國家蒸汽流量計產品質檢中心的 15000L 鐘罩式氣體流量標準裝置主要由鐘罩、液槽、補償機構、檢定管路系統、風機、自動控制系統等組成，裝置結構如圖 2 所示。首先啟動風機，空氣通過水箱進入鐘罩，使得鐘罩提升。當鐘罩上升到限位高度時，風機和閥門自動關閉。待鐘罩內壓力、溫度穩定后，打開檢定管路閥門，鐘罩內氣體通過檢定管路流經被檢流量計排出，期間鐘罩以穩定速度下降。檢定結束后，通過光電編碼器讀取鐘罩在檢定時間內下降的位移，根據鐘罩橫截面積計算排出氣體的體積，除以檢定時間即得檢定時間內的氣體流量。

3.2、主要技術指標：

（1）檢定介質：空氣；（2）最大流量：900m³/h；（3）鐘罩內壓力：5000Pa；（4）壓力波動：15Pa；

（5）裝置檢定段的標準容積值：

（6）測量口徑：

DN25 ～ DN200 六條管線； DN50 ～ DN200 三條立式管線；（7）裝置擴展不確定度

3.3、技術特色：

國家蒸汽流量計產品質檢中心的 15000L 鐘罩式氣體流量標準裝置全部采用 304 不銹鋼材料制作，鐘罩直徑達 2.65m，鐘罩提升后總高度達9m。由于加工成型后長途運輸困難，且容易變形，所以只能由生產廠家運送不銹鋼板原材料至實驗車間內加工。鐘罩的焊接、卷軋、拋光直至加工成型全部在實驗車間內完成，工作量大，加工難度高。

由于鐘罩容積較大，在補償、導向的設計上采取了多立柱、多導向、多補償的新型結構。將四個補償輪布置在四個立柱外側，既避免了鐘罩高度過高，也增強了鐘罩上升、下降的平穩性。為了進一步降低鐘罩下降過程中的壓力波動，還專門設計了鐘罩的導向機構。立柱上端經平面軸承和立柱徑向定位機構裝配在上橫梁上，立柱下端由調整緊定錐體及其定位部支撐。通過調整立柱上、下端中心距使立柱與鐘罩滑座得到最佳滑動配合狀態，機械摩擦較小，且摩擦均勻一致

。在檢定過程中應盡量保持鐘罩內各處溫度以及整個實驗室溫度一致，而風機送風則會使鐘罩內空氣的溫度發生改變。為此，一方面在鐘罩的進氣管路上增加恒溫措施，通過恒溫換熱水箱，使進入鐘罩內的氣體溫度得到有效控制，另一方面，在實驗室內配備恒溫恒濕空調，保證鐘罩內氣體溫度與實驗室溫度基本一致。

此外，15000L 鐘罩式氣體流量標準裝置的 DN200 檢定管路與負壓法音速噴嘴法氣體流量標準裝置聯通，可實現鐘罩對噴嘴的直接校驗、比對。

4、負壓法音速噴嘴法氣體流量標準裝置：

4.1、 裝置結構：

負壓法音速噴嘴法氣體流量標準裝置由整流器、檢定管路、音速噴嘴、滯止容器、出口容器和真空泵等構成，如圖 3 所示。空氣在通過音速噴嘴時，若音速噴嘴的上、下游壓力比達到某一定值，氣體在噴嘴處形成臨界流，質量流量達最大值。此時，氣體的質量流量只與音速噴嘴入口處的溫度和壓力有關，該溫度和壓力也稱為滯止溫度和滯止壓力 。

通過自動控制系統采集滯止溫度和滯止壓力，可計算出一定時間內通過音速噴嘴的氣體質量流量。將該流量作為標準流量，與通過被檢流量計的氣體質量流量比較，從而實現對氣體流量計的檢定和校準。

負壓法音速噴嘴法氣體流量標準裝置安裝音速噴嘴 26 個，其中最小的音速噴嘴設計流量0.5m3/h，最大的音速噴嘴設計流量 1024m3/h。根據檢定流量的大小，控制系統自動選擇閥門進行不同的噴嘴組合。裝置采用 4 臺羅茨真空泵與 1臺水環真空泵組合，并為真空泵配備冷卻循環水池。

4.2、主要技術指標：

（1）檢定介質：空氣；

（2）流量范圍：（0.5 ～ 16000）m3/h；

（3）測量口徑：DN25 ～ DN500 七條管線；

（4）裝置擴展不確定度：=0.25%，=2。

（5）裝置流量穩定性：0.1%。

4.3、技術特色：

裝置噴嘴采用入口上游大空間安裝方式（如圖 4），即距離噴嘴入口 5 倍喉徑范圍內無容器壁。在滯止容器壁上均勻布置溫度和壓力測量點。針對該安裝方式，專門設計了一套特制法蘭，噴嘴與法蘭的接觸部位設計由柔性極好的橡膠充填，提高了減震降噪性能。

置在一封閉實驗室內。空氣通過檢定管路和被檢流量計進入滯止容器后，流經音速噴嘴組、出口容器、緩沖罐、真空泵等最后排放到實驗室內，然后進入地下氣體回收冷卻通道，重新進入裝置的進氣口，循環使用，避免在大流量時吸入實驗室以外不同溫度氣體，使氣體溫度變化太大，影響檢測效果。

 然而，當流量較大時，真空泵的總功率較大，運行時仍會產生大量的熱，會隨著檢定工作時間加長而積累增加，造成循環使用的空氣溫度越來越高。并且，空氣以音速流過噴嘴的喉部，噴嘴整套負壓法音速噴嘴法氣體流量標準裝置設 及滯止容器等部件會產生強烈的振動及振動噪音，給裝置的穩定性帶來很大影響。為此專門設計了具有溫度調節功能的減振型滯止容器。新型滯止容器具有內外雙層結構的容器壁，兩層容器壁中通入循環冷卻水，形成水環夾層容器壁。水環夾層容器壁的進、出水管與可控溫度的貯水容器連通，通過循環驅動泵形成水循環系統。同時，滯止容器采用多段結構設計，水環夾層采用多通道結構設計，進一步提高溫控效果和效率。

5、總結：

文中從裝置結構、技術指標和技術特色等幾個方面，詳細介紹了國家蒸汽流量計產品質檢中心的蒸汽流量實流標準裝置、15000L 鐘罩式氣體流量標準裝置和負壓法音速噴嘴法氣體流量標準裝置。

依托福建省計量科學研究院籌建國家蒸汽流量計產品質檢中心，進一步提升氣體流量計量技術水平，集中優勢資源攻克氣體流量計量中存在的技術難題，使國家蒸汽流量計產品質檢中心高端氣體流量檢測設備成為全國共享的檢測資源，不僅能為全國的氣體流量計用戶、生產企業提供檢定校準和新產品研發試驗服務，還可作為全國氣體流量專業技術人員交流合作的平臺，聯合開展檢測手段和檢定方法的研究，共同促進氣體流量計量水平的提高。