流量量值传递与流量标准装置课件

流量量值传递与流量标准装置

11/17/20221

流量标准装置原理11/17/20222流量标准装置原理11/11/20222流量量值传递系统11/17/20223流量量值传递系统11/11/20223流量标准装置的分类按测量介质分，可分为水、气、油、多组分（如水和油的混合）流体、多相流体（如气液、气固和液固）及蒸汽流量标准装置

按测量方法分，可分为静态法和动态法两类

按流量标准装置采用的计量器具分，可分为质量法（也叫称量法）、容积法和标准流量计法

按流量标准计量器具量值传递方法分，可分为原始标准和传递标准

11/17/20224流量标准装置的分类按测量介质分，可分为水、气、油、多组分（如流量标准装置的作用

最基本的用途是校验或标定流量计，量值统一

进行标准流量计的型式、性能试验研究

研究参比条件和实际工作条件之间的差异对仪表准确度的影响

对于计量部门，流量标准装置是做仲裁工作的基础

11/17/20225流量标准装置的作用最基本的用途是校验或标定流量计，量值统一液体流量标准装置

液体流量计量器具传递系统常用液体流量标准装置分类

11/17/20226液体流量标准装置液体流量计量器具传递系统11/11/202液体流量标准装置分类11/17/20227液体流量标准装置分类11/11/20227静态容积法液体流量标准装置

静止启停静态容积法液体流量标准装置

流动启停静态容积法液体流量标准装置

11/17/20228静态容积法液体流量标准装置静止启停静态容积法液体流量标准装河流流量测量11/17/20229河流流量测量11/11/20229静态容积法液体流量标准装置的特点

本方法比较成熟，是目前国内外用得最多的校验方法。

静止启停法只能用于小管径的装置，因为大管径阀门启闭不可能太快，启闭占用时间过长。流动启停法的装置用于校验总量仪表时，仪表必须要有高分辨率的电脉冲输出。

只能用于低粘度液体（如水、轻柴油等）流量计的校验和标定。

静止启停法的中小尺寸计量容器可车装，作为可移动的精确体积标准。

11/17/202210静态容积法液体流量标准装置的特点本方法比较成熟，是目前国内11/17/20221111/11/20221111/17/20221211/11/20221211/17/20221311/11/20221311/17/20221411/11/20221411/17/20221511/11/202215静态质量法液体流量标准装置

计算装置复现的实际流量(qm)S为：

11/17/202216静态质量法液体流量标准装置计算装置复现的实际流量(qm)S其它液体大流量测量11/17/202217其它液体大流量测量11/11/202217静态质量法液体流量标准装置的特点

这是精确度最高的流量标准装置，装置的精确度一般可达

0.05%～0.1%，最高可达0.02%。

适用于低粘度液体，但也可用于粘度较高的石油类液体。

最适合于校验质量流量仪表。

11/17/202218静态质量法液体流量标准装置的特点这是精确度最高的流量标准装标准体积管流量标准装置

传统标准体积管

活塞式校验装置

11/17/202219标准体积管流量标准装置传统标准体积管11/11/2022传统标准体积管

11/17/202220传统标准体积管11/11/20222011/17/20222111/11/20222111/17/20222211/11/202222活塞式校验装置

一种结构紧凑，小型轻量，尺寸仅为传统标准体积管的1/3左右的活塞式标准体积管（也可简称活塞校验装置），更适合移动到现场校验

应用了微机技术、脉冲内插技术、先进的机械加工技术、几何量检测技术并实现了计算机程序控制和数据自动处理，是使流量得到精密测量的新型流量标准装置

11/17/202223活塞式校验装置一种结构紧凑，小型轻量，尺寸仅为传统标准体积脉动流量测量11/17/202224脉动流量测量11/11/202224脉冲内插技术11/17/202225脉冲内插技术11/11/202225双时间法：

脉冲内插数

四时间法：

脉冲内插数

脉冲内插技术11/17/202226双时间法：脉冲内插数脉冲内插技术11/11/202226用一台标准流量计校验仪表

用并联标准流量计校验仪表

并联标准流量计的未知系统相对误差不大于该系统中最不准确的那个标准流量计的系统相对误差；

用并联方式连接起来的一组标准流量计最低限度也能和单台标准流量计一样可靠，并联并不降低测量误差；

通过并联方式，可以在不降低计量可靠性的前提下，按照需要扩大流量测量的范围。

标准流量计法

11/17/202227用一台标准流量计校验仪表标准流量计法11/11/202211/17/20222811/11/20222811/17/20222911/11/202229气体流量标准装置分类

11/17/202230气体流量标准装置分类11/11/202230钟罩式气体流量标准装置

11/17/202231钟罩式气体流量标准装置11/11/202231钟罩流量公式检定状态钟罩容积流过被检流量计的气体体积流过被检流量计的气体标准体积11/17/202232钟罩流量公式检定状态钟罩容积11/11/202232钟罩流量公式流过被检流量计的体积流量流过被检流量计的标准体积流量被检流量计体积流量误差11/17/202233钟罩流量公式流过被检流量计的体积流量11/11/20223钟罩重力，向下—常数平衡锤拉力，向上—常数密封液体的浮力，向上—非常数补偿机构拉力，向上—非常数钟罩内压力ps产生的作用力，向上—希望是常数钟罩受力11/17/202234钟罩重力，向下—常数钟罩受力11/11/202234链条式补偿机构：主要考虑链条单位长度质量（链条线密度）应等于钟罩单位长度浸入密封液中排出液体质量的一半。钟罩补偿机构11/17/202235链条式补偿机构：钟罩补偿机构11/11/202235杠杆补偿—偏心轮：偏心轮是一个等速螺线，即配重力臂的增加与滑轮转角成正比。钟罩补偿机构11/17/202236杠杆补偿—偏心轮：钟罩补偿机构11/11/202236虹吸补偿：利用一个与钟罩固定在一起容器，随钟罩一起升降。用一个倒U形虹吸管将容器和液槽连通，使容器中液面始终与液槽液面保持同水平。钟罩下降排出的液体通过虹吸管进入容器，变成钟罩质量的一部分，正好克服浮力的上升。钟罩补偿机构11/17/202237虹吸补偿：钟罩补偿机构11/11/20223711/17/20223811/11/202238钟罩补偿机构象限式补偿机构：利用象限杆上的可移动配重mG对钟罩拉力的变化来补偿浮力造成的影响。11/17/202239钟罩补偿机构象限式补偿机构：11/11/202239希望上式为0如果发现钟罩下降过程中，余压增加，说明应该减小lG或mG11/17/202240希望上式为011/11/202240钟罩流量范围2000升钟罩：流量一般小于300m3/h10000升钟罩：流量一般小于1500m3/h只能用于中小管径计量院钟罩容积：2000L，500L，50L

钟罩内压：463mmH2O,195mmH2O,160mmH2O

流量范围：(0.3～120)m3／h

检定介质：空气

不确定度：0.2％(k=2)11/17/202241钟罩流量范围2000升钟罩：流量一般小于300m3/h11/在某一时间间隔t内，气体进入或排出容积为V的容器，根据容器内气体的绝对压力p和热力学温度T的变化，求得气体质量流量。容器的容积V用氮气精确标定。得到一V20PVTt法气体流量标准装置11/17/202242在某一时间间隔t内，气体进入或排出容积为V的容器，根据容器内PVTt法气体流量标准装置

11/17/202243PVTt法气体流量标准装置11/11/202243在t时间间隔内进入标准容器V的实际气体质量流量qm为：11/17/202244在t时间间隔内进入标准容器V的实际气体质量流量qm为：11/PVTt法流量范围定容罐的容积一般在20m3左右（Φ1.6m×10m），温度场问题空气R=287J/kg.K，极限情况下：真空能抽到0，音速文丘里喷嘴无压降，时间30s负压法可做到2400m3/h正压法可提高流量，但压力控制困难很难做到大口径管道11/17/202245PVTt法流量范围定容罐的容积一般在20m3左右11/11/计量院PVTt法流量装置PVTt法气体流量国家基准装置采用负压法，始建于八一年,八六年完成，达到国际先进水平。用于对音速喷嘴进行量值传递。其主要技术指标如下：

标准容器容积：2m3，20m3，0.2m3

流量范围：(0.1～1300)m3／h

检定范围：音速喷嘴喉径d≤60mm

检定介质：空气

不确定度：0.05%(k=2)11/17/202246计量院PVTt法流量装置PVTt法气体流量国家基准装置采用负Mt法气体流量标准装置

11/17/202247Mt法气体流量标准装置11/11/202247陀螺电子秤球罐快速阀喷嘴检定台位球罐mt法原级标准装置简图11/17/202248陀螺电子秤球罐快速阀喷嘴检定球罐mt法原级标准装置简图11/音速喷嘴原理11/17/202249音速喷嘴原理11/11/202249音速喷嘴流量公式

11/17/202250音速喷嘴流量公式11/11/202250临界流函数11/17/202251临界流函数11/11/20225111/17/20225211/11/20225211/17/20225311/11/20225311/17/20225411/11/20225411/17/20225511/11/202255音速喷嘴的流通能力音速喷嘴的流通能力在理论上讲是无限的实际装置的流量决定于真空泵的容量、喷嘴直径（外形和喉部）以d=100mm计算（一般外形直径为4d-5d）qv=8000m3/h左右真空泵的容量和投入，运行噪音问题目前在建的最大音速喷嘴装置15000m3/h,20只喷嘴并联，最大被校表口径500mm，3台5000m3/h真空泵30多万，总投资120多万11/17/202256音速喷嘴的流通能力音速喷嘴的流通能力在理论上讲是无限的11/计量院音速喷嘴音速喷嘴气体流量标准装置采用负压法,用于检定、测试各类气体流量仪表、仪器。其主要技术指标如下

流量范围：(0.1～1300)m3／h

检定介质：空气

不确定度：0.2％(k=2)

11/17/202257计量院音速喷嘴音速喷嘴气体流量标准装置采用负压法,用于检定流出系数C确定音速喷嘴的流出系数C一般有以下几种方法：1、应用基本的物理定理，列出数学方程式，用理论的方法求解而得到流出系数。2、用测定内部流场或外部流场的方法计算出通过喷嘴的实际流量，从而确定流出系数。3、总特性的测量，即在气体流量标准装置上进行总特性试验，标定出流出系数。11/17/202258流出系数C确定音速喷嘴的流出系数C一般有以下几种方法：11/测流场法用于标定或测量大口径流量仪表认为制造一个稳流区，在该稳流区的流速分布几乎是均匀的，然后用标准仪器（热线风速仪、激光多普勒、毕托管等）测量流速，计算流量只要流场稳定，用该方法标定音速喷嘴的不确定度为0.3％左右，与PVTt法比，最大偏差为0.45％11/17/202259测流场法用于标定或测量大口径流量仪表11/11/202259计量院风洞风洞装置建于一九九一年,经测试符合低速风洞标准要求。主要用于测试、检定工作用皮托管及其它各类风速计，满足目前国内风速仪表测试工作的需要。其主要技术指标如下:

流速测量范围：0.2～30m/s

风洞气流稳定性相对偏差：＜0.5%

风洞气流均匀性相对偏差：＜1.5%

最大噪声：82dB

11/17/202260计量院风洞风洞装置建于一九九一年,经测试符合低速风洞标准要求德国PTB的LDA装置流量范围： (65~5500)m³/h风洞口径： 100mm、200mm最大流速： 60m/s不确定度： 0.1%(k=2)注：新建风洞口径316mm，最大流速80m/s11/17/202261德国PTB的LDA装置流量范围： (65~5500)m标准体积管原理11/17/202262标准体积管原理11/11/202262皂膜气体流量标准装置用于微小流量11/17/202263皂膜气体流量标准装置用于微小流量11/11/202263计量院皂膜气体流量标准装置主要技术指标如下:

玻璃管容积：25mL～1000mL

流量范围：(0～2000)mL／min

检定介质：空气

不确定度：0.5%(1000mL管，k=2),1.0%(25～500mL管，k=2)

11/17/202264计量院皂膜气体流量标准装置主要技术指标如下:

玻璃管置换法气体流量标准装置

11/17/202265置换法气体流量标准装置11/11/202265气排水法装置

11/17/202266气排水法装置11/11/202266气囊法气体流量标准装置

11/17/202267气囊法气体流量标准装置11/11/202267活塞式气体流量标准装置

11/17/202268活塞式气体流量标准装置11/11/202268循环回路标准表比较法11/17/202269循环回路标准表比较法11/11/202269标准表涡轮流量计，600的涡轮，每米流速大约1000m3/h左右，800的涡轮，每米流速大约1800m3/h左右；容积式流量计，适用于中小流量；文丘里流量计，流量可以设计得很大，对安装场地有较高要求；11/17/202270标准表涡轮流量计，600的涡轮，每米流速大约1000m3/h循环回路标准表法特点投入比较大占地比较大标准流量计是关键标准涡轮流量计：口径一般小于Φ600，有可动部件，性能不能保持长期不变；文丘里占地较大，精度有限11/17/202271循环回路标准表法特点投入比较大11/11/202271方案比较音速喷嘴法：系统比较复杂，占地面积较大，大喷嘴标定困难，投入过大，运行噪音很大；循环回路标准表比较法：占地面积大，找大口径标准表困难，投入过大；测流场法：制造稳定流场较难，投入与占地较小，精度相对较低11/17/202272方案比较音速喷嘴法：系统比较复杂，占地面积较大，大喷嘴标定困

流量量值传递与流量标准装置

11/17/202273

流量标准装置原理11/17/202274流量标准装置原理11/11/20222流量量值传递系统11/17/202275流量量值传递系统11/11/20223流量标准装置的分类按测量介质分，可分为水、气、油、多组分（如水和油的混合）流体、多相流体（如气液、气固和液固）及蒸汽流量标准装置

按测量方法分，可分为静态法和动态法两类

按流量标准装置采用的计量器具分，可分为质量法（也叫称量法）、容积法和标准流量计法

按流量标准计量器具量值传递方法分，可分为原始标准和传递标准

11/17/202276流量标准装置的分类按测量介质分，可分为水、气、油、多组分（如流量标准装置的作用

最基本的用途是校验或标定流量计，量值统一

进行标准流量计的型式、性能试验研究

研究参比条件和实际工作条件之间的差异对仪表准确度的影响

对于计量部门，流量标准装置是做仲裁工作的基础

11/17/202277流量标准装置的作用最基本的用途是校验或标定流量计，量值统一液体流量标准装置

液体流量计量器具传递系统常用液体流量标准装置分类

11/17/202278液体流量标准装置液体流量计量器具传递系统11/11/202液体流量标准装置分类11/17/202279液体流量标准装置分类11/11/20227静态容积法液体流量标准装置

静止启停静态容积法液体流量标准装置

流动启停静态容积法液体流量标准装置

11/17/202280静态容积法液体流量标准装置静止启停静态容积法液体流量标准装河流流量测量11/17/202281河流流量测量11/11/20229静态容积法液体流量标准装置的特点

本方法比较成熟，是目前国内外用得最多的校验方法。

静止启停法只能用于小管径的装置，因为大管径阀门启闭不可能太快，启闭占用时间过长。流动启停法的装置用于校验总量仪表时，仪表必须要有高分辨率的电脉冲输出。

只能用于低粘度液体（如水、轻柴油等）流量计的校验和标定。

静止启停法的中小尺寸计量容器可车装，作为可移动的精确体积标准。

11/17/202282静态容积法液体流量标准装置的特点本方法比较成熟，是目前国内11/17/20228311/11/20221111/17/20228411/11/20221211/17/20228511/11/20221311/17/20228611/11/20221411/17/20228711/11/202215静态质量法液体流量标准装置

计算装置复现的实际流量(qm)S为：

11/17/202288静态质量法液体流量标准装置计算装置复现的实际流量(qm)S其它液体大流量测量11/17/202289其它液体大流量测量11/11/202217静态质量法液体流量标准装置的特点

这是精确度最高的流量标准装置，装置的精确度一般可达

0.05%～0.1%，最高可达0.02%。

适用于低粘度液体，但也可用于粘度较高的石油类液体。

最适合于校验质量流量仪表。

11/17/202290静态质量法液体流量标准装置的特点这是精确度最高的流量标准装标准体积管流量标准装置

传统标准体积管

活塞式校验装置

11/17/202291标准体积管流量标准装置传统标准体积管11/11/2022传统标准体积管

11/17/202292传统标准体积管11/11/20222011/17/20229311/11/20222111/17/20229411/11/202222活塞式校验装置

一种结构紧凑，小型轻量，尺寸仅为传统标准体积管的1/3左右的活塞式标准体积管（也可简称活塞校验装置），更适合移动到现场校验

应用了微机技术、脉冲内插技术、先进的机械加工技术、几何量检测技术并实现了计算机程序控制和数据自动处理，是使流量得到精密测量的新型流量标准装置

11/17/202295活塞式校验装置一种结构紧凑，小型轻量，尺寸仅为传统标准体积脉动流量测量11/17/202296脉动流量测量11/11/202224脉冲内插技术11/17/202297脉冲内插技术11/11/202225双时间法：

脉冲内插数

四时间法：

脉冲内插数

脉冲内插技术11/17/202298双时间法：脉冲内插数脉冲内插技术11/11/202226用一台标准流量计校验仪表

用并联标准流量计校验仪表

并联标准流量计的未知系统相对误差不大于该系统中最不准确的那个标准流量计的系统相对误差；

用并联方式连接起来的一组标准流量计最低限度也能和单台标准流量计一样可靠，并联并不降低测量误差；

通过并联方式，可以在不降低计量可靠性的前提下，按照需要扩大流量测量的范围。

标准流量计法

11/17/202299用一台标准流量计校验仪表标准流量计法11/11/202211/17/202210011/11/20222811/17/202210111/11/202229气体流量标准装置分类

11/17/2022102气体流量标准装置分类11/11/202230钟罩式气体流量标准装置

11/17/2022103钟罩式气体流量标准装置11/11/202231钟罩流量公式检定状态钟罩容积流过被检流量计的气体体积流过被检流量计的气体标准体积11/17/2022104钟罩流量公式检定状态钟罩容积11/11/202232钟罩流量公式流过被检流量计的体积流量流过被检流量计的标准体积流量被检流量计体积流量误差11/17/2022105钟罩流量公式流过被检流量计的体积流量11/11/20223钟罩重力，向下—常数平衡锤拉力，向上—常数密封液体的浮力，向上—非常数补偿机构拉力，向上—非常数钟罩内压力ps产生的作用力，向上—希望是常数钟罩受力11/17/2022106钟罩重力，向下—常数钟罩受力11/11/202234链条式补偿机构：主要考虑链条单位长度质量（链条线密度）应等于钟罩单位长度浸入密封液中排出液体质量的一半。钟罩补偿机构11/17/2022107链条式补偿机构：钟罩补偿机构11/11/202235杠杆补偿—偏心轮：偏心轮是一个等速螺线，即配重力臂的增加与滑轮转角成正比。钟罩补偿机构11/17/2022108杠杆补偿—偏心轮：钟罩补偿机构11/11/202236虹吸补偿：利用一个与钟罩固定在一起容器，随钟罩一起升降。用一个倒U形虹吸管将容器和液槽连通，使容器中液面始终与液槽液面保持同水平。钟罩下降排出的液体通过虹吸管进入容器，变成钟罩质量的一部分，正好克服浮力的上升。钟罩补偿机构11/17/2022109虹吸补偿：钟罩补偿机构11/11/20223711/17/202211011/11/202238钟罩补偿机构象限式补偿机构：利用象限杆上的可移动配重mG对钟罩拉力的变化来补偿浮力造成的影响。11/17/2022111钟罩补偿机构象限式补偿机构：11/11/202239希望上式为0如果发现钟罩下降过程中，余压增加，说明应该减小lG或mG11/17/2022112希望上式为011/11/202240钟罩流量范围2000升钟罩：流量一般小于300m3/h10000升钟罩：流量一般小于1500m3/h只能用于中小管径计量院钟罩容积：2000L，500L，50L

钟罩内压：463mmH2O,195mmH2O,160mmH2O

流量范围：(0.3～120)m3／h

检定介质：空气

不确定度：0.2％(k=2)11/17/2022113钟罩流量范围2000升钟罩：流量一般小于300m3/h11/在某一时间间隔t内，气体进入或排出容积为V的容器，根据容器内气体的绝对压力p和热力学温度T的变化，求得气体质量流量。容器的容积V用氮气精确标定。得到一V20PVTt法气体流量标准装置11/17/2022114在某一时间间隔t内，气体进入或排出容积为V的容器，根据容器内PVTt法气体流量标准装置

11/17/2022115PVTt法气体流量标准装置11/11/202243在t时间间隔内进入标准容器V的实际气体质量流量qm为：11/17/2022116在t时间间隔内进入标准容器V的实际气体质量流量qm为：11/PVTt法流量范围定容罐的容积一般在20m3左右（Φ1.6m×10m），温度场问题空气R=287J/kg.K，极限情况下：真空能抽到0，音速文丘里喷嘴无压降，时间30s负压法可做到2400m3/h正压法可提高流量，但压力控制困难很难做到大口径管道11/17/2022117PVTt法流量范围定容罐的容积一般在20m3左右11/11/计量院PVTt法流量装置PVTt法气体流量国家基准装置采用负压法，始建于八一年,八六年完成，达到国际先进水平。用于对音速喷嘴进行量值传递。其主要技术指标如下：

标准容器容积：2m3，20m3，0.2m3

流量范围：(0.1～1300)m3／h

检定范围：音速喷嘴喉径d≤60mm

检定介质：空气

不确定度：0.05%(k=2)11/17/2022118计量院PVTt法流量装置PVTt法气体流量国家基准装置采用负Mt法气体流量标准装置

11/17/2022119Mt法气体流量标准装置11/11/202247陀螺电子秤球罐快速阀喷嘴检定台位球罐mt法原级标准装置简图11/17/2022120陀螺电子秤球罐快速阀喷嘴检定球罐mt法原级标准装置简图11/音速喷嘴原理11/17/2022121音速喷嘴原理11/11/202249音速喷嘴流量公式

11/17/2022122音速喷嘴流量公式11/11/202250临界流函数11/17/2022123临界流函数11/11/20225111/17/202212411/11/20225211/17/202212511/11/20225311/17/202212611/11/20225411/17/202212711/11/202255音速喷嘴的流通能力音速喷嘴的流通能力在理论上讲是无限的实际装置的流量决定于真空泵的容量、喷嘴直径（外形和喉部）以d=100mm计算（一般外形直径为4d-5d）qv=8000m3/h左右真空泵的容量和投入，运行噪音问题目前在建的最大音速喷嘴装置15000m3/h,20只喷嘴并联，最大被校表口径500mm，3台5000m3/h真空泵30多万，总投资120多万11/17/2022128音速喷嘴的流通能力音速喷嘴的流通能力在理论上讲是无限的11/计量院音速喷嘴音速喷嘴气体流量标准装置采用负压法,用于检定、测试各类气体流量仪表、仪器。其主要技术指标如下

流量范围：(0.1～1300)m3／h

检定介质：空气

不确定度：0.2％(k=2)

11/17/2022129计量院音速喷嘴音速喷嘴气体流量标准装置采用负压法,用于检定流出系数C确定音速喷嘴的流出系数C一般有以下几种方法：1、应用基本的物理定理，列出数学方程式，用理论的方法求解而得到流出系数。2、用测定内部流场或外部流场的方法计算出通过喷嘴的实际流量，从而确定流出系数。3、总特性的测量，即在气体流量标准装置上进行总特性试验，标定出流出系数。11/17/2022130流出系数C确定音速喷嘴的流出系数C一般有以下几种方法：11/测流场法用于标定或测量大口径流量仪表认为制造一个稳流区，在该稳流区的流速分布几乎是均匀的，然后用标准仪器（热线风速仪、激光多普勒、毕托管等）测量流速，计