《临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置》

1JB/T15042—XXXX临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置本文件规定了临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置结构、工作原理、工作条件、设计、安装和要求，描述了相应的试验方法，规定了检验规则、标志、包装及运输贮存等要求。本文件适用于负压法和正压法的临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置的制造。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T191包装储运图示标志GB/T13306标牌GB/T13384机电产品包装通用技术条件GB14050-2008系统接地的型式及安全技术要求GB/T21188-2007用临界流文丘里喷嘴测量气体流量JJF1001通用计量术语及定义JJF1004流量计量名词术语及定义3术语和定义、符号3.1术语和定义GB/T21188-2007、JJF1001和JJF1004界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1临界流文丘里喷嘴criticalflowVenturinozzle以喉部直径作为特性尺寸，用于测量气体流量，入口孔径逐渐减小到喉部后又逐渐扩大，具有扩散段，喉部气体流速能够达到临界值的收缩/扩散节流件。[来源：GB/T21188-2007，定义2.3.5，有修改]3.1.2喉部throat喷嘴中内径最小的部位。[来源：GB/T21188-2007，定义2.3.4]3.1.3滞止压力stagnationpressure流动气体以等熵过程达到静止状态时，所存在的气体压力。[来源：GB/T21188-2007，定义2.1.3]3.1.4滞止温度stagnationtemperature流动气体以等熵过程达到静止状态时所存在的气体温度。2JB/T15042—XXXX[来源：GB/T21188-2007，定义2.2.2]3.1.5临界背压比criticalback-pressureratio当滞止状态不变，流经喷嘴的气体质量流量达到最大值时，气体在喷嘴出口处静态压力与其上游滞止压力之比的最大值。3.1.6临界流函数criticalflowfunction表征喷嘴的入口与喉部之间等熵和一维流动的热力学流动性质的无量纲函数。[来源：GB/T21188-2007，定义2.4.6]3.1.7实际气体临界流系数realgascriticalflowcoefficient临界流函数的另一种形式，一般适用于气体混合物。[来源：GB/T21188-2007，定义2.4.7,有修改]3.1.8压缩系数compressibilityfactor在给定的压力和温度下，实际气体性质与理想气体性质偏差的修正系数，又称压缩因子。其中，R—通用气体常数，等于8.31451J/mol.K。[来源：GB/T21188-2007，定义2.4.11,有修改]3.1.9质量流量massflow-rate单位时间内流过喷嘴的气体质量。[来源：GB/T21188-2007，定义2.4.1]3.1.10流出系数dischargecoefficient实际流量对无粘性气体理想流量的无量纲比值。kg/s；3JB/T15042—XXXX注4：对于本文件中所规定的各种喷嘴结构和安装条件，它仅是[来源：GB/T21188-2007，定义2.4.4，有修改]3.1.11等熵指数isentropicexponent在基本可逆绝热（等熵）变化条件下，压力相对变化与密度相对变化之比：式中：p—气体的绝对静压力；P—气体的密度；c—当地音速；s—下脚标s表示在等熵条件下。注1：对于理想气体,κ等于比热容比γ,并且对于单原子气体等于5/3；对于双原子气体等于7/5；对于三原子气体注2：在真实气体中，各分子之间的作用力以及由各分子所占据的体积对气体的特性具有不可忽略的影响；在理想[来源：GB/T21188-2007，定义2.4.3，有修改]3.1.12喉部雷诺数throatReynoldsnumber以喉部直径作为特性尺寸，在喷嘴入口滞止条件下的气体流量和气体动力粘度计算得到的无量纲参[来源：GB/T21188-2007，定义2.4.2，有修改]3.2符号表1规定的符号及计量单位适用于本文件。表1符号及单位量AntLmCRC*iDLmdLmMMp1MLTp2MLTp0MLTp*MLT4JB/T15042—XXXXpMLT(p0,i(p0,i对于理想气体一维等熵流动,喷嘴出口静压对喷嘴入口MTqmiMTRKReucUT0ΘKT*ΘKT1ΘKv*LTZβYKμ0MLTμMLTPMLP*ML4分类、结构与工作原理4.1分类4.1.1按临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置（以下简称“标准装置”）气源工作方式分为：a)负压法标准装置：工作介质的滞止压力低于当地大气压力；b)正压法标准装置：工作介质的滞止压力高于当地大气压力。4.1.2按喷嘴安装方式分为：a)上游大空间方式；b)上游管线方式。4.2负压法标准装置4.2.1结构组成负压法气体流量标准装置一般由气源系统、缓冲容器、出口容器、喷嘴组、滞止容器、被测表并联管路系统、阀组系统、温度变送器（滞止容器和被测表处）、压力变送器（滞止容器和被测表处）、湿度变送器（必要时在滞止容器和被测表处）、数据采集处理和计时测量控制系统以及其他辅助设备构成，其结构组成示意图如图1和图2所示。5JB/T15042—XXXX图1负压法喷嘴大空间安装的标准装置典型组成示意图图2负压法喷嘴管道式安装的标准装置典型组成示意图4.2.2工作原理当喷嘴的下游与上游压力之比小于等于临界背压比时，流经喷嘴喉部气流达到当地音速，喷嘴的流量只与上游入口的状态有关（即仅与喷嘴入口处介质的等熵指数κ、气体常数R、温度T和压力p有关，而与下游状态无关），此时流经喷嘴的质量流量称为临界质量流量。在相同的时间间隔内，连续气体流过被测表和喷嘴，依据质量守恒定律，通过被测表的质量流量与通过喷嘴的质量流量相同，通过比较法可确定被测表的示值误差。气体质量流量修正因子见附录F。根据被测表流量范围及检测的需求，标准装置可采用多个喷嘴组合的方式实现不同流量范围。4.3正压法标准装置正压法气体流量标准装置结构与工作原理见附录A。5工作条件5.1环境条件标准装置工作环境一般为常温实验室条件（应避免高温、高湿环境应根据不同的被测对象，满足相应的技术规范对环境条件的要求。标准装置的工作环境条件一般为：——环境温度：5℃~35℃;——相对湿度：15%～85%；——大气压力：86kPa～106kPa。5.2环境温度场条件6JB/T15042—XXXX标准装置一般在常温实验室条件下时，实验室内温场应相对稳定，试验过程中，环境温度场变化率应小于1℃/10min，且应满足被测表的相关技术规范的条件。5.3其他环境条件整套标准装置应安装在无震动、无强磁干扰与热辐射的场所。试验主体部分应与易产生振动的气源部分采取隔震措施。不应存在有影响检测结果的流场扰动。5.4介质条件5.4.1气体一般要求标准装置检测用介质应是单相、清洁的气体，一般为空气，也可以是天然气、氮气等气体。标准装置用气体应充满试验管路，应是单相的稳定流且符合被测表对应技术规范的要求。5.4.2易燃易爆气体如果标准装置检测用介质为易燃易爆气体（如天然气实流标准装置中所有设备均需要满足防爆要求，设备中使用的管道材质宜相同，减少因材质不同而产生的电位差，电器设备、以及阀门等均需进行防爆检测后方可使用，装置中使用到的设备均需取得防爆合格证，确保整体实验室防爆。6设计与安装6.1设计要求6.1.1节能设计在满足标准装置计量性能的前提下，宜采用真空泵阶段分级、变频等节能设计。6.1.2喷嘴喷嘴应有有效的检定或校准证书。喷嘴的组合流量应满足标准装置流量范围的要求。喷嘴的结构应符合GB/T21188-2007第6章的要求。喷嘴可采用06Cr19Ni10不锈钢(也称304)等材质。一条试验管路可以使用一个或并联的多个喷嘴。6.1.3信号采集转换温度、压力、流量信号采集转换所引入的各个不确定度分量应分别优于整套标准装置不确定度的6.1.4试验管段试验管段应按不同被测表的技术规范要求设计，试验管段的管道条件应满足被测表对应技术规范的相关要求。6.1.5滞止容器滞止容器容积应按流量要求进行设计计算，确保全部的喷嘴距一次装置轴线或者一次装置入口平面5d之内无管壁存在，保证检测流量计时滞止容器内流场稳定、流速近似滞止状态。滞止容器可采用06Cr19Ni10不锈钢(也称304)等材质。6.1.6缓冲容器缓冲容器可采用碳钢或不锈钢等材质，如使用碳钢材质，内部应做防腐处理，缓冲容器下方应设置排泄阀，用于排放容器内积水。6.1.7气源系统气源系统应满足标准装置要求。标准装置的辅助气压源可采用静音空压机，气体应经过过滤并具备调压功能。6.1.8夹表装置7JB/T15042—XXXX被测表工作台应具备自动或手动装夹功能。被测表装夹长度应方便可调节，如采用装夹组件底座铺设滚动导轨等措施。夹表装置密封材料宜采用丁腈橡胶材质或者其他抗压耐腐蚀密封性好的材质，夹持后密封垫不得凸入流体管道内。夹表的压力大小依据被测表承压能力而定，夹表装置不能损坏被测表或者划伤被测表壳体。对于如速度式流量计应满足其前后直管段的要求。6.1.9管线过滤器使用中的流量计在检测前一般应先清洗后检测，保证无粉尘或油污等脏污杂质，另标准装置上宜安装过滤装置，避免杂物进入标准装置损伤喷嘴和阀门。6.1.10配套仪表外协件标准装置配套的测量仪表应有有效的检定或校准证书，应满足整套标准装置的不确定度要求。标准装置中所使用的外协件、配套外购件都应附有合格证。安装时，前、后直管段中轴线应同轴且水平一致，无弯曲和倾斜等不平直现象。夹表台位上、下游直管段可装备同轴度检测仪器。6.1.11减震措施为了避免标准装置的振动而影响被测表的检测，标准装置应考虑减震措施，不能存在影响测量的明显振动。6.1.12消声降噪标准装置的气源设备、标准装置的进、出口等处均可能产生噪声。标准装置中可采取消声降噪措施或增加消除脉动流的安装措施等，以改善工作环境，符合环境噪声标准的要求。标准装置的中控操作间环境噪声检测宜控制在75dB以下。6.1.13数据处理的不确定度分量数据采集、信号处理、数据处理及通讯所引入的测量不确定度分量不应超过标准装置不确定度的1/10。否则，标准装置合成标准不确定度应考虑数据采集、信号处理、数据处理及通讯的不确定度。喷嘴的流量公式中为瞬时流量，当与被测表的累积流量做比较时，应将喷嘴的瞬时流量与检测时间相乘获得累积流量。为了削弱系统瞬时流量相对稳定性及累积流量误差不确定度对标准装置检测误差的影响，应在检测时间段内确保所有与喷嘴及被测表相关采集数据的时间同步。可通过提高采集数据的频率，对数据进行处理或对喷嘴流量进行积分处理，提高标准装置流量检测的准确度。6.1.14流量的计算与设计喷嘴的设计应按GB/T21188-2007第8章，标准装置流量设计参照附录C的示例，气体临界流函数按附录D的要求，流量计算部分按附录E的要求。6.1.15电气安全标准装置应有独立的保护性接地和仪表功能性接地。接地电阻不大于4Ω;绝缘电阻应大于0.5MΩ。电气安全及接地要求应符合GB14050的相关规定。6.1.16检测和控制系统6.1.16.1检测和控制系统硬件和接口检测和控制系统由计算机及电气控制设备组成，其硬件和接口应符合下列条件：a)系统应能按需求实现自动检测和手动检测的选择、喷嘴自动组合和手动组合的选择；b)计时器（模块）具有频率输出信号和计时器同步测试接口，便于现场检测或取下送检，计时器输出信号频率不小于1kHz；c)标准装置应具备各种被测表输出信号的通用接口，应有接收被测表输出的脉冲或模拟信号自动采样功能，包括脉冲频率接口和（4～20）mA电流信号；或者通过光电采样和摄像识别被测表的读数，便于机械式被测表的采样，使检测系统和被测表能同步采样信号，实现自动化检测功能。6.1.16.2检测和控制系统软件8JB/T15042—XXXX检测和控制系统软件符合下列条件：a)应兼容系统硬件，能够输入、显示并处理检测参数，测试过程应符合相关的计量技术规范；b)测试结果应能够显示、保存和打印。测试记录应符合相关的计量技术规范要求；c)应包含软件版本号、启用日期、设计单位，并且能显示上述内容；d)应具备安全操作措施（如密码保护、授权权限等），非授权不能更改程序和设置参数。具备传感器的修正系数处理功能；e)软件界面应显示测试过程中被测表和喷嘴的测试状态，宜突出显示关键参数；f)测试完成后软件可以自动保存测试记录，防止误操作导致测试数据丢失的状况发生；g)宜提供软件算法给予验证；h)软件具备手动和自动装置测试功能，便于对检修诊断等。软件示例见附录G。6.1.17测量元件的计量性能6.1.17.1温度变送器温度变送器最大允许误差不应超过±0.2℃,引入的测量不确定度分量应优于标准装置不确定度的6.1.17.2压力变送器压力变送器的准确度等级应按照表2要求选择，且选择合适的测量范围。压力变送器引入的测量不确定度分量应优于标准装置不确定度的1/5。表2压力变送器的准确度等级126.1.17.3湿度变送器标准装置应具有湿度修正功能，湿度变送器的最大允许误差不应超过±5%RH。变送器引入的的测量不确定度应优于标准装置不确定度的1/5。适用于大气中的空气的质量流量湿度修正因子及修正方法见附录H。对于大空间安装方式，如果喷嘴数量较多，宜至少安装2个湿度传感器，湿度传感器的插入深度应在滞止容器直径的（1/2～2/3）D，且确保不影响喷嘴的入口平面状态。6.1.17.4计时器标准装置应配有计时器，计时器的分辨力不大于0.001s，应带有信号输出接口，其8小时晶振稳定度优于1×10-6。具有可拆卸计时功能模块和时间间隔测量功能。6.2安装要求6.2.1喷嘴安装喷嘴安装应确保工作时在喷嘴喉部形成临界流状态，喷嘴可采用大空间或者上游管线为圆形管道安装方式，应保证检测流量计时滞止容器内流场稳定、流速近似滞止状态，具体安装见附录B。6.2.2背压比气源流量应能覆盖标准装置的流量范围。气源的抽真空能力应能满足标准装置中喷嘴的背压比要求。喷嘴组合使用时，应满足其中最小喷嘴的临界背压比要求。保证喷嘴工作时能达到临界流状态。6.2.3公称通径被测表的前、后直管段的内径与被测表公称通径DN之差，一般不超过被测表公称通径的±2%DN。被测表装夹台位，应保证其上、下游直管段法兰同心度。9JB/T15042—XXXX调整被测表装夹台位同心度的方法：被测表的前、后直管段通过前、后支撑组件固定在同一检定台面上，在调整前、后直管段同心度时，松开前后支撑组件与检定台面的连接，左右调节前、后直管段位置，待前、后直管段完全对中后将前、后支撑组件与检定台面锁紧。6.2.4前后直管段直管段长度应满足被测表的要求。一般上游直管段长度不应小于20D，下游直管段长度不应小于10D。可选安装管束整流器。直管段应是直的,不得有肉眼可见的弯曲。直管段内壁应光滑，避免扰流阻件。被测表前后直管段上均应设置取压口。取压口应开设在管道中心线的上半部分，其位置满足被测表对应技术规范的相应要求。6.2.5接地标准装置应可靠接地，不能与强电系统共地。标准装置应安全可靠，便于安装、操作与维护。6.2.6测量传感器的安装6.2.6.1压力测量当采用喷嘴上游为大空间时，喷嘴上游管壁取压口的位置应设置在距喷嘴入口平面10d±1d，并且垂直入口平面的管壁上。当采用喷嘴的上游管线为圆形管道时，取压口应设置在距喷嘴入口平面0.9D~1.1D处的管壁位置。取压口应设置在管道的上半部分，其中心线应与喷嘴的中心线垂直相交。当采用喷嘴的上游管线为圆形管道时，管壁取压口的直径应小于0.08D，且应小于12mm。压力检测仪表应在工艺管道、设备安装完毕，管道吹扫之后安装。6.2.6.2温度测量当采用喷嘴的上游管线为圆形管道时，温度传感器应设置在喷嘴入口平面1.8D～2.2D的位置。如果不能采用直径不大于0.04D的温度传感器，则温度传感器应安装在不会影响压力测量的位置。且温度传感器应采用扩大管安装方式,参见附录I。温度传感器与管道垂直安装时，检测元件轴线应与管道轴线垂直。温度传感器与管道呈倾斜角度安装时，宜逆着介质流向，检测元件轴线与管道轴线相交。如果是正压管道式，可使用温度套管方式。插入深度宜为管道直径的1/2D～2/3D之间。大空间安装的滞止容器内的温度传感器，其插入深度不小于保护管外径的15倍。温度传感器应在工艺管道设备安装完毕管道吹扫后，压力试验前安装。6.2.6.3湿度测量当采用喷嘴的上游管线为圆形管道时，湿度传感器应设置喷嘴入口取压口的上游。应尽可能接近喷嘴入口处的条件。当湿度传感器安装在上游管道之外时，应尽量使得测量的气体湿度与喷嘴上游管道内湿度一致。湿度传感器的直径不应大于0.04D，湿度传感器应安装在不影响压力和温度测量的位置。当采用喷嘴上游为大空间时，喷嘴上游管壁湿度传感器应设置在距喷嘴入口平面10d±1d。湿度传感器的安装应避开剧烈振动、油污和水滴，应设置在管道或滞止容器的上半部分。湿度修正见附录H。6.2.6.4密度测量当已知气体摩尔质量时，可由滞止压力和滞止温度按状态方程计算滞止密度。当气体的摩尔质量未知或无法确定时，如混合气体，则可用密度计直接测量喷嘴入口处的气体密度。密度计安装在喷嘴上游的滞止压力和滞止温度测量孔的上游位置，且不干扰压力和温度的测量。当密度计安装在上游主管道之外旁路时，应使旁路气体参数与主管道内的气体参数一致。密度计处的压力和温度条件应尽可能接近喷嘴入口条件。当不同于滞止压力和滞止温度时，则应按状态方程，即式（1）将测得的密度换算到滞止条件下的密度：pdT0Z0p0=pdp0TdpdT0Z0JB/T15042—XXXX注：式中下脚标“d”表示“与密度计有关”。6.2.7安装后的检验整套设备安装后需要检验合格方能投入使用，标准装置移动或主要标准器更换后均需经过安装后检验方能投入使用。安装后应按表4列出的所有项目进行检验，并按附录K的规定进行流量量值的验证。7技术要求7.1外观标准装置外观应符合下列条件：a)标准装置整体布局完整，结构合理，试验管路的连接可靠、牢固；b)标准装置的结构焊接件焊缝均匀平整，不得有气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹、凹坑、焊瘤等缺陷；c)标准装置的结构件表面应有良好的处理，表面应色泽均匀，不得有毛刺、裂纹、刻痕、起皮、锈蚀等现象；d)紧固件、连接件无松动、脱落现象；e)标准装置工作台架与被测表的安装应满足水平性或垂直性的要求；f)信号线使用屏蔽线，和动力线分开。排线整齐，线号清晰；g)标准装置明显位置应有清晰、永久性的标识的铭牌，内容应齐全、完整。7.2密封性在正常工作压力下，标准装置各部件的连接处应无泄漏，包括喷嘴及夹装后的被测表连接处。标准装置应有检测密封性的功能和设施手段，用于检测整套标准装置的密封性。7.3背压比背压比应小于或等于临界背压比，确保喷嘴满足临界流条件。7.4标准装置的不确定度负压法标准装置的不确定度经评定后应符合表3的要求，正压法标准装置的不确定度经评定后应符合附录A的要求。必要时，同一台套标准装置可按照不同的流量范围相应评定后给出不同的不确定度。表3负压法标准装置的不确定度负压法标准装置的不确定度U(k=2）喷嘴的不确定度U(k=2）1237.5流量稳定度空管检测标准装置的流量稳定度。对每条检测台位分别在最大和最小流量下进行检测，取其中流量稳定度的最大值作为该台位流量稳定度，取所有台位的最大值作为标准装置的流量稳定度。流量稳定度不应大于标准装置扩展不确定度。8试验方法8.1试验条件被测表与喷嘴处绝对滞止温度的偏差不应超过0.5℃。当喷嘴安装方式为大空间安装时，滞止容器需采用多支（一般为2～3支）温度传感器的均值作为喷嘴的绝对滞止温度。JB/T15042—XXXX标准装置工作时，打开标准装置的全部的被测表检测管线和全部的喷嘴选择开关阀。启动标准装置的控制系统，运行标准装置，利用气源（真空泵/风机），对整套系统进行抽真空，将大空间内的空气进行完全置换，并保证温场均匀性。大空间内各喷嘴的绝对滞止温度差不宜超过0.4℃。8.2外观采用目测检验。8.3密封性密封性试验包括喷嘴的密封性检查和被测表装夹后的密封性检查。喷嘴密封性检查：在喷嘴前、后均应设置阀门或盲板。启动标准装置的控制系统，利用气源（真空泵/风机），对整套系统进行抽真空，达到设计的最低工作压力。依次关闭喷嘴前、后相关阀门，并保压5min，标准装置滞止容器内绝对压力与绝对温度比值的变化率不应超过0.1%。被测表的安装密封性检查：封闭被测表入口，启动标准装置的控制系统，利用气源（真空泵/风机对整套系统进行抽真空，达到设计的最低工作压力。关闭检测管线的后端阀门保压5min。被测表处的绝对压力与绝对温度比值的变化率不超过0.1%。8.4背压比背压比为气体在喷嘴出口处静态压力与其上游滞止压力之比，当达到最大值时就是临界背压比。根据标准装置的不确定度的要求选择一台或两台经过检测且重复性、线性度相当的，且具有较高分辨力的流量计做临界背压比的测试，流量范围能覆盖标准装置中所使用的最小喷嘴、最大喷嘴的流量。试验时，将试验用流量计安装在标准装置上，将输出信号引入采集设备，在标准装置常用流量下运行15min，以保证温场均匀性。多个喷嘴组合测量时，临界背压比的确定原则是组合使用的喷嘴中临界背压比最小值作为该组合的临界背压比。建议按喷嘴背压比从高到低的顺序调节操作。注：安装就位的喷嘴需在使用装置上进行临界背压比的实际测量。将试验用流量计（或组）安装于装置上，选定待测喷嘴，开启装置中的真空泵，当背压比达到某一值，关闭真空泵，记录此时试背压比。背压比每增加某一个固定值，记录试验用表显示的流量值及背压比。当试8.5标准装置不确定度评定按附录J计算评定标准装置的不确定度。8.6流量稳定度空管检测标准装置的流量稳定度。对每条检测台位分别在最大流量和最小下进行检测，每个试验点的测量时间一般不少于60s。一次累计时间内连续测量n（n≥10）次流量qii=1，2，…，n；n≥10按式（2）计算其平均值：则按式（3）计算得到流量稳定度，s：q9检验规则9.1检验分类检验分为出厂检验和型式检验。JB/T15042—XXXX9.2出厂检验标准装置应经制造商质量检验部门检验合格后，并附有产品合格证书方能出厂。出厂检验项目见表9.3型式检验有下列情况之一时应进行型式检验：a)新产品或老产品转厂生产的定型、鉴定；b)正式生产后,产品结构、材料、工艺有较大改变，影响产品性能时；c)国家行政管理部门提出型式检验的要求时；d)产品长期停产后恢复生产时。检验项目见表4。表4检验项目一览表1●●2●/3●/4●●5●●10标志、包装和运输贮存10.1产品标志和铭牌应在喷嘴的明显部位清晰标明喷嘴的编号；如有可能,还应标明型号、喉径、设计流量等信息。标准装置应有铭牌。铭牌的型式、规格尺寸应符合GB/T13306的规定。铭牌应至少具有下列内容：a)产品名称及型号；b)制造厂名称、商标、出厂编号；c)制造日期；d)检测介质；e)流量范围；f)装置的不确定度。标准装置出厂时，在试验管路上有喷嘴对应标识。10.2使用说明书使用说明书至少应有下列内容：a)工作原理和结构；b)设备性能和特点；c)具体操作使用方法；安全使用注意事项；d)维护保养方法以及注意事项，常见故障原因及排除。10.3包装及标志在标准装置包装材料的外表面上应有包装储运图标志、制造商、地址、联系方式等信息，储运图标志应符合GB/T191的规定。JB/T15042—XXXX标准装置的包装应符合GB/T13384中的相关规定要求。并将装箱单、安装使用说明书、校准记录，以及产品合格证等随机文件放入塑料袋内并放置于包装箱中。10.4运输标准装置按规定进行装箱运输，在运输中不得改变其应有的状态，并应加以遮盖。10.5贮存标准装置贮存在环境温度宜为5℃~40℃。储存地点应保持干燥、通风。不存在腐蚀、易燃、易爆等物品。JB/T15042—XXXX附录B（规范性）附录C正压法文丘里喷嘴流量标准装置C.1总则本附录是在正文的基础上对正压标准装置的补充和说明。正压法标准装置的喷嘴应在实际工作压力下校准流出系数。喷嘴应该用与标准装置压力、检测介质相近的原级标准装置进行校准。且应在正压法标准装置压力范围内至少划分3个以上压力点进行校准，拟合出喷嘴在不同压力条件下在的流出系数曲线。C.2结构正压法文丘里喷嘴标准装置（空气）的基本结构如图A.1、A.2所示。图A.1正压法喷嘴大空间安装的标准装置组成示意图图A.2正压法喷嘴管道式安装的标准装置组成示意图C.3标准装置结构组成C.3.1结构组成正压法标准装置一般由流体源、稳压调压系统、温度平衡系统、湿度测量仪表、被测表并联管路系统、被测表处压力变送器、被测表处温度变送器、喷嘴组、滞止容器或上游管线、湿度测量仪表、滞止JB/T15042—XXXX温度变送器、滞止压力变送器、计时器、被测表并联管路系统、数据采集处理系统以及其他辅助系统设备构成。如被测表的校准对介质温度有要求，正压法标准装置还需要增加调温系统，正压法标准装置的气源及气体净化系统、稳压调压系统、温度平衡系统、温度和压力变送器的设计要求按A.3.2~A.3.4的规定，其他部分的结构设计按6.1的相应规定。正压法标准装置的管路、管线、管件、阀门等都应满足对应工作压力下的耐压要求，应按照相关的压力容器技术要求进行设计、生产、施工与安装，并取得国家相关检测机构的检测合格证书。对于易燃易爆的检测介质，标准装置的设计、生产、施工与安装都应达到相应的防护要求，并取得相应的检测合格文件。C.3.2气源及气体净化系统正压法标准装置的流体源一般采用与介质对应的气体压缩机，或者已有的气体高压储罐等设备。压缩机的类型一般包括：活塞式、螺杆式、离心式。压缩机组应配置相应的过滤器与冷冻干燥机等设备。已有的气体高压储罐等设备应配置出口减压设备与过滤器。C.3.3稳压调压系统稳压调压系统是根据检测工作要求，对流体源产生的气体进行稳压调压的设备。稳压调压系统由稳压罐组、自力式调压阀组、开关阀门管路等组成。根据正压法标准装置的最大流量及流量计检测压力，设计计算稳压罐的容积，确定调压阀类型与组合方式。C.3.4温度平衡系统压缩机持续运行对介质进行压缩做功，会使介质温度不断上升。经过冷冻干燥机后的介质温度，仍会比环境温度较高。因此应在稳压调压系统与检测管路系统之间配置温度平衡系统，最大限度的减少介质温度与环境温度的差距。减少检测过程中检测介质的换热，确保检测介质的状态处于相对稳定。需要预先运行15min～30min，温度达到平衡。C.4工作原理正压标准装置的高压气源（如由压缩机产生压缩气体进入稳压调压系统，调节压力使喷嘴达到临界流状态，流体经过试验管路、被测表、开关阀、滞止容器或上游管线、喷嘴、开关阀、汇流管、最后排出大气（或下游管路）。依据质量守恒定律，流经喷嘴的质量流量和被测表的质量流量相同，依据两者流量示值的比较，得到被测表的示值误差。C.5标准装置不确定度正压法标准装置经评定后的不确定度应符合表A.1的要求。必要时，同一套正压法标准装置可按照不同的流量范围相应评定后给出不同的不确定度。表A.1标准装置的不确定度(k=2）(k=2）123C.6标准装置不确定度计算正压法标准装置的不确定度计算按附录J的规定。注意，当使用天然气或干燥气体时，与湿度相关的不确定度为零。另外，为保证正压法标准装置可以根据正压法的压力范围，将被测表段的压力变送器和标准喷嘴的滞止压力变送器的量程进行分段，采用多台变送器组合的方式。以降低压力仪表对标准装置引入的不确定度分量。JB/T15042—XXXX附录E（规范性）附录F喷嘴的安装要求F.1总则本附录规定了喷嘴安装要求。F.2安装方法F.2.1喷嘴的上游管线为圆形管道喷嘴可采用法兰对夹或其它的方式可靠安装在管道内。喷嘴安装方式应方便拆卸，便于喷嘴的周期检定或校准。确保无旋涡气流，入口管道的直径最小应为4d(β≤0.25)，见图B.1。喷嘴安装前，应对外形和尺寸进行检查和记录，保证喷嘴入口轮廓光滑、无划痕和可见损伤。安装时，喷嘴的曲面侧应迎着被测介质的流向。喷嘴管道与法兰的连接应采用可靠的连接方式，保证法兰端面与管道的中心轴线垂直，法兰与管道同心同轴，且连接后的管道内径保证不变。安装时各组成部分应在自由状态下连接，不应有使喷嘴发生形变的安装应力。F.2.2喷嘴上游为大空间大空间的定义为喷嘴轴线或其入口平面5d之内无管壁存在。在上游为大空间情况下，可以使用多个喷嘴并联。大空间安装的容器即为滞止容器。滞止容器的内表面应光滑，焊缝应磨光滑。滞止容器的焊缝不应处于最低点处，防止容器内冷凝水未及时排出造成腐蚀的情况。滞止容器上的接管开口应避开焊缝位置，且与焊缝的距离不小于1D的开孔直径或不小于100mm。切口平整无毛刺。与滞止容器上焊接的全部接管焊接完成后，在与其它管件连接前，应对滞止容器进行吹扫清渣处理。喷嘴与喷嘴安装管件连接应安装方便、密封可靠。在安装入滞止容器前，应对其密封性进行测试。喷嘴与安装管件的标识一一对应，并且在滞止容器的外部有可识别的对应标识。喷嘴的标识应刻印在喷嘴连接法兰的外环面，在喷嘴处于安装位置时也可方便辨识。与滞止容器连接的管路要充分考虑滞止容器内的气体流速，尽量避开大流量喷嘴对应大口径管路，见图B.2。F.2.3喷嘴下游的设备喷嘴的下游的设备、部件的安装不能影响喷嘴达到临界流状态，确保工作时达到要求的背压比。标准装置应配备必要的排泄孔，用于排泄可能集聚的冷凝水或其他杂质。测量时，排泄孔应可靠关测温和测压口不宜在一条直线上。采用喷嘴的上游管线为圆形管道时，排泄孔应设置在喷嘴上游取压口的上游。直径宜小于0.06D。排泄孔距上游管壁取压孔平面的轴向距离应大于D。排泄孔应在上游管道底部。当采用喷嘴上游为大空间时，排泄孔应设置在大空间滞止容器的底部，直径宜不小于20mm。圆形管道与喷嘴中心线的同轴度应保持在±0.02D之内。喷嘴上游3D以内入口管道的圆度偏差不应超过0.01D，且其算术平均粗糙度Ra不应超过10-4D。入口管道的直径最小应为4d(β≤0.25）。JB/T15042—XXXX图B.1喷嘴上游管道安装方式的要求整直器型式参见GB/T2624.1-2006附录C中的流动调整器和流动整直器中内容。图B.2喷嘴上游大空间安装方式的要求JB/T15042—XXXX附录H（资料性）附录I喷嘴和流量的设计I.1基本流量方程喷嘴的流量计算见C.1公式。式中：qm—质量流量，kg/s；Kqm,atmos—气体质量流量湿度修正因子；Ant—喷嘴喉部面积，m2；Ant=cd—流出系数；c∗—临界流函数；M—气体的摩尔质量；空气的M=28.96546kg/kmol；R—通用气体常数，R=8314.4598J/(kmol∙K)；Z0—气体在喷嘴入口滞止条件下的压缩系数；p0—喷嘴入口处的绝对滞止压力，Pa；T0—喷嘴入口处的绝对滞止温度，K；d--喷嘴喉部直径；mI.2计算参数的数学模型临界流函数和流出系数计算如下：（1）为了统一喷嘴设计与使用的计算方法，减少理解歧义，C*使用附录D中的计算方法。临界流函数见公式C.2。拟定标准装置检定介质为干燥的不含CO2的空气，考虑被测流量计的压损情况，假定喷嘴入口滞止压力为p0=100000Pa，温度T0=20+273.15=293.15k，则（2）流出系数计算公式见C.3和C.4几何检定法检定合格的喷嘴，流出系数可由下式计算：cd=a−bRed−n·················································(C.3)Red=式中：Red—喉部雷诺数；μ0—喷嘴入口处于滞止条件下的动力粘度，对于空气μ0=0.018×10−3kg/(m∙s)；各种型式临界流喷嘴在其可使用的喉部雷诺数范围内的系数a、b和n详见表C.1。表C.1a、b和n的系数表JB/T15042—XXXX2.1×10<Red<3.2×103.5×10<Red<1.1×10对于精加工的圆环形喉部喷嘴，在2.1×104<Red<1.4×106范围内，a=0.9985，b=3.412，n=0.5。选择预设雷诺数为3×105，计算Cd，cd=0.9985−3.412×(3×105)−0.5=0.992271（3）计算喷嘴的喉部直径d湿度RH=50%，kqm,atmos=0.99743413。由式C.1得出：（4）计算实际雷诺数Red设计喷嘴标态流量为qv101325pa,20℃)得出：=256Nm3/ℎP0(101325pa,20℃)=1.2041kg/m3qmqv∙P0256×1.2041×1000000d=0.07351693=0.07351693=0.0738027=21.5960mmcdcd3600×0.992271（5）复算流出系数cd=0.9985−3.412Red−0.5=0.9985−3.412×(2.8×105)−0.5=0.99206（6）复算喷嘴喉部直径重复上述过程建议10次复算后，确定设计喷嘴的喉部直径。根据喷嘴喉部直径终值，依据GB/T21188进行喷嘴的设计。注1：在实际设计应用中，考虑喷嘴的使用工况情况,使用更接近工况注2：其它气体的临界流函数c∗，和实际气体的临界流系数cR，按GB/T21188附录B中数据。I.3装置的流量设计I.3.1根据装置的被测流量计类型，确定被测流量计的最大质量流量qmax和最小质量流量qmin，用以确定装置的流量范围。I.3.2根椐标准装置的最小流量和喷嘴前的滞止压力、滞止温度以及气体性质，按质量流量公式，设计喷嘴的喉径。各参数设计按附录C。I.3.3一般建议设计的喷嘴流量采用20qmin21qmin，22qmin，…，2n-1qmin的排序方式（n是喷嘴的个数）。n个喷嘴的流量总和大于或等于标准装置的最大流量。即Σq=（2n-1）qmin）。按此设计的喷嘴组，组合出的流量点是以qmin为公差的等差数列，一共可以组合出（2n-1）个流量点。可以极大的满足不同流量计对流量检测点的要求。I.3.4喷嘴流量系列一般是等比数列，公比为2，n项之和等于qmax，所以有：JB/T15042—XXXXln(+1ln2实际设计中还要考虑其他因素，如检定或校准喷嘴的技术溯源能力等：a)喷嘴溯源的原级标准的检测流量范围。即原级标准装置可检测的最大与最小喷嘴，设计的所有喷嘴喉径应在此范围内；当按上式设计的最大喷嘴超出原级标准的测量范围时，应在原级标准可检测上限内设计多支同喉径的喷嘴组合。b)设计的最大喷嘴流量应小于等于2(n-1)qmin，否则会造成喷嘴组合的流量点缺失。I.4管路容积被测流量计与喷嘴之间的管路容积包括喷嘴入口的滞止容器与连接管路等，较大的滞止容器有利于喷嘴入口滞止压力的快速稳定。需要结合装置的流量与喷嘴对滞止容器的要求，在满足喷嘴安装要求和入口状态的情况下，尽量减少滞止容器及与被测流量计连接管路的容积。建议按喷嘴流量对滞止容器进行分段处理，将小流量喷嘴组合安装在小容积滞止容器上，将大流量喷嘴组合安装在大容积滞止容器上。JB/T15042—XXXX附录K（规范性）附录L各种气体临界流函数C*的计算L.1概要本附录提供了为计算某些纯净气体和干燥空气的临界流函数的必要资料。对于一些气体，有两种方法来得出它们的C＊值：一种是数值表，另一种是经验方程式。L.2数值表对于氮、氩，不含CO2的干燥空气、甲烷、二氧化碳、氧气和蒸汽分别列出了它们C*的数值表。是根据每一种气体可以利用的最好的热力学数据而列出这些数值。温度（K）和压力（MPa）是按滞止值而取的。L.3经验方程式为了要精确地表示出C＊的数值而无需进行内插已导出一个经验方程式，适用于除二氧化碳、氧气和蒸汽以外的其余气体。该方程适用于限定的温度范围。该方程式如下式所示：式中在各种气体的相关数值表下分别给出了此方程的系数值和相应的临界参数。在临界流计算中，使用此方程式不会引入任何明显的附加不确定度。在下表给出的适用的温度范围以内，推荐使用这一方程式，而不要根据查表值进行内插。L.4大气中的空气表D.5中所给出的C*值（或是利用表D.6中的系数，根据方程式D.1所计算的出的C*值）只对于干燥的不含CO2的空气才有效。当使用喷嘴测量未经干燥的大气空气时，其质量流量会受到不可忽略的影响，在这种情况下，用户宜使用在附录F中所给出的气体质量流量修正因子。L.5喷嘴喉部直径与管道内径之比（直径比），β在本附录提供的数值仅适用于β<0.25的情况。如不能满足这一条件，在上游测量点处将有一个小但不可忽略的气体流速。在这种情况下，用户宜使用附录F中所给出的质量流量修正因子。L.6C*值和方程（D.1）的系数氮气的C*值见表D.1，方程（D.1）的系数见表D.2。表D.1氮的C*值JB/T15042—XXXX表D.2对于氮方程式D.1中的各系数值对于氮，当压力不超过20MPa，温度范围在(250～600)K时，方程式D.1是有效的。氮气的C*值见表（D.3），方程（D.1）的系数见表D.4。JB/T15042—XXXX表D.4对于氩的各系数值注：临界参数：pc=4.863MPaTC=对于氩，当压力不超过20MPa，温度在(250～600)K范围以内时，方程式D.1是有效的。C干空气的*值见表D.5，方程（D.1）的系数见表D.6。C表D.5干燥空气的C*值JB/T15042—XXXX表D.6对于干燥空气的各系数值对于干燥空气，当压力不超过20MPa，温度在(250～600)K范围以内时，方程式D.1是有效的。C甲烷的*值见表D.7，方程（D.1）的系数见表D.8。CJB/T15042—XXXX表D.8对于甲烷，方程式D.1中的各系数值注：临界参数：pc=4.5922MPa；T对于甲烷，当压力不超过20MPa，温度在（270～600）K范围以内时，方程式D.1是有效的。二氧化碳的C*值见表D.9，氧气C*值见表D.10，蒸汽的C*值见表D.11。表D.9二氧化碳的C*值JB/T15042—XXXX表D.10氧的C*值表D.11蒸汽（单相气体）的C*值JB/T15042—XXXXJB/T15042—XXXX附录N（规范性）附录O天然气混合物临界流质量通量的计算O.1概述依据计算天然气混合物的临界流质量通量关系式，直接计算临界流质量通量并且用温度、压力和气体组分来表示。根据气体混合物中乙烷的摩尔分数，分成3个组分范围：——范围1：0.010～0.045；——范围2：0.045～0.080；——范围3：0.080～0.115。该关系式可适用的摩尔分数限值推荐如表E.1：表E.1摩尔分数推荐限值氮注3：如果一种天然气不符合上述一种组分范围的摩尔分数限值，则使用乙烷摩尔分数含量最接近的那一组组分范围。在这种情况下，临界流质量通量的相对不确定度将在95%置信水平下由0.10%增大到0.1O.2关系式式中：qref—一种参比气体的质量通量；S—质量通量对组分变化的敏感度；f—与组分有关的因子。上述这三项中的每一项的通式如下：JB/T15042—XXXXf=XC2+AiXi+XN2+XCO2-Aref···········(E.4)式中：上式中：pref=5MPa，Tref=200K。在表E.2，E.3和E.4中分别给出三种不同组分范围的qref和S的各个系数值。在表E.5中给出三种不同组分范围的f的各系数值。O.3临界流喷嘴喉部直径与管径的比值，β所提供的数值仅适用于β<0.25的情况。如这一条不能满足，在上游测量点处将有一个虽小而不可忽略的气体流速。在此情况下，用户应使用在附录E中所给出的质量流量修正因子。表E.2对应第一组分范围E.2）和（E.3）方程式中qref和S两项的系数表表E.3对应第二组分范围，（E.2）和（E.3）方程式中qref和S两项的系数表表E.4对应第三组分范围E.2）和（E.3）方程式中qref和S两项的系数表JB/T15042—XXXX表E.5由方程式（E.4）所示的f式中各系数的值O.4用于计算机编码检查的样本值表E.6和表E.7提供了一些样本值，用户可对照这些样本值验证关系式执行情况。表E.6用于检查关系式执行运算的样本值（1）氮表E.7用于检查关系式执行运算的样本值（2）JB/T15042—XXXX附录Q（规范性）附录R临界流质量流量修正因子R.1概述气体质量流量是基于如下的假设，即所测得的上游温度和压力都是真实的滞止值。如果喷嘴喉部直径与上游管道直径之比，即直径比β<0.25则上述的这种假设将是能成立的。如果实际上β>0.25，在上游测量点处将有一个不可忽略的气体流速，它将对气体质量流量产生不可忽略的影响。当在上游测量点有一个不可忽略的气体流速时，在取压口处将测量静压力，即运动着的气体的压力。然而温度是利用插在流动气体中的温度计所测得的。当气体冲击测温元件时，其流速自然会降低，这造成温度计所记录的温度Tm，既不是滞止温度T0，又不是静态温度Ts，而是在它们两者之间的某个温度。用温度传感器恢复因子Rf来给出上述这种些温度之间的关系式，见式(F.1)：如果Rf的值为零，则意味着温度传感器所测得的是静态温度Ts，而如果Rf的值为1，则意味着被测温度是滞止温度。实际上，Rf的值一般是在0.5到0.9的范围以内，这意味着被测得的温度与接近于静态温度的程度相比更接近于滞止温度的。R.2修正因子如下的修正因子适用于如方程式F.1中所指出的同样的那些气体，即氮、氩、不含CO2的干燥空气和甲烷。有效的温度及压力范围也是相同的，相应地温度范围是（250～600）K（对于甲烷是270K～600K而压力最大可达20MPa，对于β值在0.25～0.5时，上述修正是有效的。当上游被测温度是Tm（K），被测压力是Pm(MPa)，具有大β比值(β值在0.25～0.5之间）的喷嘴的质量流量可根据式(F.2)计算出来：qm1-Rf)F0+RfF1]·······································(F.2)式中：qmstag—利用附录E计算得出的质量流量；Rf—温度传感器的恢复因子；修正因子F0和Fi的计算公式见式（F.3）：F=1+B.Ci··················································(F.3)式中：B=25.879β6-32.693β5+34.276β4-6.0199β3-1.1156β2-0.1122β+0.0047·······(F.4)式(F.5)中的各系数由表F.1F.4中给出。压力π和对比温度τ按附录D。式(F.5)中的各系数由表F.1F.4中给出。压力π和对比温度τ按附录D。JB/T15042—XXXX表F.1对于氮，方程式（F.5）中的各系数值表F.2对于氩，方程式（F.5）中的各系数值表F.3对于不含CO2的干空气，方程式（F.5）中的各系数值表F.4对于甲烷，方程式（F.5）中的各系数值JB/T15042—XXXXJB/T15042—XXXX附录T（资料性）附录U流量控制软件示例U.1一般功能要求标准装置控制系统宜至少具备以下功能：a)控制系统软件的版本号；标准器数据输入与显示；b)被测表信息输入与显示；c)装置检漏功能；d)压力、温度、湿度自动采集系统；e)被测表累积流量检测；f)检测结果自动计算功能；g)系统自测、错误提示功能；h)显示、保存、打印检测记录；i)查看历史记录。U.2控制系统结构示意图控制系统结构示意图如图G.1所示。图G.1控制系统结构示意图U.3模块化软件框图示例模块化软件框图示例如图G.2。JB/T15042—XXXX图G.2模块化软件框图示例U.4应用软件的验证U.4.1登录管理登录管理验证至少包括：——用户管理：可增加或删减用户；——权限管理：可针对不同用户分配不同的权限，按权限级别可进行不同的操作；——密码管理：可修改用户的登录密码。U.4.2设备参数设置设备参数设置验证至少包括：——喷嘴参数设置：可设置喷嘴的喉径和流出系数，并给出标况状态下的参考流量；——变送器量程设置：可设置温度、压力、湿度等变送器的量程范围；——修正参数设置：可分别设置不同变送器的修正系数。U.4.3系统参数设置系统参数设置验证至少包括：——检测参数设置：可设置被测表的类别、流量计的信号输出方式（脉冲、电流或无发讯），测试的点数和次数、测试状态的选择（标况或工况）、测试时间等；——信息参数设置：可设置被测表的名称、规格型号、制造单位、委托单位、出厂编号、流量范围、不确定度、脉冲当量、测试依据、有效期、环境信息等参数；——自动参数设置：可设置全自动检测时每点的测试流量、测试时间、稳定时间等参数。U.4.4数据采集数据采集验证至少包括：——通信参数设置：可设置通信接口相关的参数，包括串行接口的参数设置、网络接口的IP地址和端口号等参数；——数据采集控制：可通过配置的数采和控制模块采集控制装置的设备，包括采集被测表的脉冲电流信号和图像、测试时间、温度压力、喷嘴选择等信号，控制阀门开关、喷嘴选择、真空泵（风机）运转等；JB/T15042—XXXX——实时数据展示：采集的实时数据展示到软件主界面上，包括温度压力、实时背压比、测试时间、测试状态、被测表的脉冲和电流信号值、已选择的喷嘴、阀门的工作状态、真空泵（风机）的状态等。U.4.5测试控制测试控制至少包括：——开始测试：可分别选择单次测试、单点连续测试和全自动测试来完成测试过程；——结束测试：测试过程中可随时中断测试过程；——计算结果：正常测试结束后，依据相关的国家计量技术规范要求计算，并给出计算结果。U.4.6测试数据测试数据至少包括：——测试数据查看：对测试数据进行查看；——测试数据保存：对测试数据进行保存，可允许对保存的文件名进行二次修改；——测试数据打印：可打印测试数据内容；——模拟计算：模拟选择不同的喷嘴后，输入测试时间、滞止容器处温度压力、被测表处温度压力、滞止容器处湿度、被测表脉冲数（或电流值），能自动根据输入的参数计算出喷嘴处的质量