作业二：音速喷嘴标准装置设计
音速喷嘴气体流量标准装置说明书
目录一. 概述 (1)二. 功能特点 (1)三. 技术指标 (1)四. 装置的组成与工作原理 (1)五. 型号说明及选型 (2)六. 装置的安装 (2)七. 装置的操作…………………………………………………….…….2-7八. 使用注意事项 (7)九. 保养和故障排除……………………………………….…………….8-9十. 运输和储存 (9)十一. 装置的验收和检查 (9)音速喷嘴流量检定装置（以下简称为装置）是用精确度高一等级的标准器与被校验流量仪表串联的校验装置,让流体同时通过标准器和被检表,比较两者的示值以达到校验或标定的目的。
装置是并联了多只音速喷嘴来校验工业煤气表和其它气体流量仪表的装置。
可用于腰轮等容积式流量计和涡轮、涡街等速度式流量计的定检和周检。
装置溯源于中国计量院内最高标准。
二、功能特点1.无可动部件，标准表准确度高，可靠稳定。
2.检定全过程快捷、高效。
全自动化。
3.并联喷嘴组合，组成不同流量点。
4.具有很好的重复性。
5.不受喷嘴上游的流速分布的影响，因此上游不需要很严格的直管段要求。
6.设有自动工作方式和手动工作方式，以适应不同输出的被检流量要求。
7.检定周期长达5年。
8.软件功能强大、人机界面清晰、易用易操作。
9.系统设有流量计检定结果历史记录，可保存500组流量计检定记录。
10.建立了临界流喷嘴、温度变送器、压力变送器的检定结果数据库，提供计算机线性修正用。
三、技术指标3.1 使用条件环境温度：-5℃～+50℃相对湿度：5%～85%大气压力：86kPa ~ 106 kPa气源：洁净空气3.2 装置可检测通径DN25～DN400，如有特殊要求，可提供更大口径。
3.3 结构形式立式。
3.4 可测流量范围度1m3/h～5000m3/h（上限可选）3.5 准确度等级装置准确度优于0.5级。
3.6 重复性优于0.15%3.7 装置执行标准ISO9300国际标准、国家JJG643-94《标准表法流量标准装置检定规程》、企业标准。
临界流文丘利喷嘴气体流量标准装置作业指导书
1 概述1.1 主要计量标准器的工作原理、技术参数 该标准的工作原理是：根据气体动力学原理，当气体通过音速喷嘴时，喷嘴上、下游气流压力比达到某一特定数值的条件下，在喷嘴喉部形成临界流状态，气流达到最大速度（音速）。
流过喷嘴的气体质量流量也达到最大值m q 。
此时m q 只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关，而不受其下游状态变化的影响。
本装置由主机部分、被检流量计检定台位、动力系统、计算机测控系统、辅助系统等部分构成主要计量标准器技术参数。
音速喷嘴式气体流量标准装置：测量范围（1~4000）3/m h ；准确度等级为±0.33%。
2 环境要求见JJG633-2005《气体容积式流量计》4.2.1检定温度：-10℃ ~40℃4.2.2大气压力：（86~106）kPa4.2.3相对湿度：≤932.1 流量计最大允许误差3 重复性流量计的重复性应不超过最大允许误差的1/33.1流量计应在1.1倍的公称压力下不漏气4 通用技术要求4.1外观4.2检定标记流量计应具有可靠的检定保护标记或检定封印。
4.3流向标记对于指示装置只有一个流动方向有确定读数的流量计应有箭头表示此方向。
4.4表盘标记制造许可证、制造厂、编号、生产日期、最大流量、最小流量、型号规格、最大工压力、温度范围等等要清晰。
5（流量计）检定/校准步骤在以下测量过程中观察各计量标准器及相关配套设备的工作状况，确认良好后才能开展检定/校准项目，如有异常情况发生立即停止相关工作，做好记录，并报有关负责人处理。
1、外观检定2、密封性试验2、示值误差检定3、重复性检定5.1具体操作步骤：1.合上电柜电闸，打开主机箱和移动机箱电源。
2.打开电脑，双击打开“美捷测试_音速喷嘴”软件，点击“检测”，观察当前温度，压力等显示是否正常，一切正常后开始下一步工作。
3.首先对所检定的流量计进行外观检查，看流量计是否有破损，流量计显示仪表通电是否正常，合格后，对铭牌信息进行登记，如：型号、编号、生产厂家、口径、流量范围等，登记完毕后根据不同的流量计确定检定方式，如三线制、摄像头等。
音速喷嘴法气体流量标准装置的基本原理
d----音速文丘利喷嘴的喉部直径（m）
能说成长所带给你的东西让你变好了或者变坏了，我只能说它让你长大了。我一
m0----气体在滞止条件下的动力粘度（kg/ （m×s）
从式(4)中可以看出，只要用试验的方法求 得流出系数 C，就可按测得的滞止压力 P0 和滞止 温度 T0（由查表可得 C*）计算出质量流量 qm。
P0----音速文丘利喷嘴前的气体滞止绝对 压力（Pa）
T0----音速文丘利喷嘴前的气体滞止绝对 温度（K）
RM----气体常数（J/（kg×K）），对于空气， R=287.1
3.实际条件下的质量流量在实际条件下,音
能说成长所带给你的东西让你变好了或者变坏了，我只能说它让你长大了。我一
速文丘利喷嘴的质量流量公式： 500){this.resized=true;this.style.width=5 00;}"align=border=0>xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx (4)
喷嘴，此时的节流பைடு நூலகம்力比称为临界压力比。
在理想条件下，即气流是一维流动、等熵、
完全气体，则从理论上可导出临界压力比的计算
公
式
：
500){this.resized=true;this.style.width=5 00;}"align=middle>xxxxxxxxxxxx(1) 式 中 ， k----气体等熵指数，对于完全气体，k 等于比热 比。
装置流量范围的选择方法和确定
根据音速喷嘴的流量计算公式（式（4））可 知，在临界条件下，改变音速喷嘴的滞止压力值， 则可改变通过音速喷嘴的质量流量值。实际上，
作业二：音速喷嘴标准装置设计
qmax ln( 1) qmin n ln 2
6
音速喷嘴数量确定
qmax ＝19000 / 25 760 qmin ln(760 1) n 9.57 10 ln 2
2016/10/12 7
喷嘴喉部直径确定
P0 qm AC RT0
2 K 1
2016/10/12
1 2 m
8
喷嘴喉部直径初步确定
d1 0.02782 (25 / 3600) d 2 0.02782 (50 / 3600)
1 2 2 1
2.32mm 3.28mm
2 2
1
d 3 0.02782 (100 / 3600)
4.64mm 6.56mm 9.27mm 13.11mm
2016/10/12
2
设计技术指标(大作业)
• • • • • • • • • • 试验管道公称直径： DN＝25-300mm 流量范围： qm＝1-10000kg/h 滞止压力（绝对）： p＝0.1MPa 滞止温度：293K（干燥空气） 装置准确度± 0.5％ 负压法 流出系数C的不确定度 0.1% 采用温度、压力变送器测P0，T0 d的测量不确定度 0.05% 选型：对温度和压力变送器进行选型，确定量程及精度
2 2 2 1
d 4 0.02782 (200 / 3600) d 5 0.02782 (400 / 3600) d 6 0.02782 (800 / 3600)
1 1 1
2 2 1
d 7 0.02782 (1600 / 3600) d 8 0.02782 (3200 / 3600) d 9 0.02782 (6400 / 3600)
负压音速喷嘴流量标准装置介绍
负压音速喷嘴流量标准装置介绍负压音速喷嘴是一种常用于流体力学和燃烧领域的关键实验装置，用于测量和研究流体通过喷嘴的流量、速度和压力等重要参数。
它是通过将气体压力降低为负压来实现的，以产生超声速喷流并稳定其流动状态。
在实验室和工业应用中，负压音速喷嘴流量标准装置被广泛应用于气体流量计量和流体动力学研究。
下面将按照列表来详细介绍这一装置。
一、负压音速喷嘴概述负压音速喷嘴是一种能够产生音速或超音速风速的装置，它采用了特定的结构和设计，通过引入气体负压来引导高速气流通过喷嘴，从而形成高速紊流。
喷嘴的设计和结构决定了其能够实现稳定的超音速流动状态。
二、负压音速喷嘴流量计测量原理1. 流体力学原理负压音速喷嘴流量计的工作原理基于负压作用下的流体力学原理，利用负压差引导气体通过喷嘴形成超声速流动状态。
通过测量喷嘴入口和出口的压力差以及流动面积，可以计算出流量。
2. 测量装置原理负压音速喷嘴流量计由负压系统、流量传感器、控制器和数据采集系统等组成。
其中，负压系统负责产生并稳定负压，流量传感器用于检测流量，控制器根据传感器输出的信号控制负压系统的工作，数据采集系统用于记录和分析数据。
三、负压音速喷嘴流量标准装置的组成部分1. 喷嘴结构负压音速喷嘴的关键组成部分是其特殊设计的喷嘴，包括入口截面、过渡段和出口截面等。
喷嘴的结构和尺寸对喷嘴的流量和速度等参数有着重要影响。
2. 负压系统负压音速喷嘴流量标准装置中的负压系统负责产生和维持需要的负压条件。
负压系统通常由真空泵、负压调节阀和负压传感器等组成，通过控制阀门调节负压大小，同时监测负压值。
3. 流量传感器流量传感器是负压音速喷嘴流量计的关键组成部分，用于测量流体通过喷嘴的流量。
常用的流量传感器有热式流量计、差压流量计等，根据传感器的输出信号可以计算出喷嘴的流量。
4. 控制器和数据采集系统控制器和数据采集系统用于控制和监测负压系统以及流量传感器的工作，并将测量到的数据记录下来。
标准喷嘴的设计标准是什么
标准喷嘴的设计标准是什么喷嘴是一种常见的流体控制装置，广泛应用于化工、石油、冶金、食品加工等领域。
标准喷嘴的设计标准是非常重要的，它直接影响着喷嘴的性能和使用效果。
在设计标准方面，主要包括喷嘴的材料选择、结构设计、流道形状、喷嘴流量系数等方面的要求。
首先，喷嘴的材料选择是设计的重要方面之一。
喷嘴通常需要能够承受高温、高压、腐蚀等恶劣工况，因此材料的选择至关重要。
常见的喷嘴材料包括不锈钢、碳钢、合金钢、陶瓷等。
不同工况下需要选择不同的材料，以确保喷嘴的稳定性和耐久性。
其次，喷嘴的结构设计也是设计标准中的重要内容。
喷嘴的结构设计需要考虑到流体的流动特性、压力损失、喷嘴的耐磨性等因素。
合理的结构设计可以有效地改善流体的流动状态，降低能量损失，提高喷嘴的效率和稳定性。
另外，喷嘴的流道形状也是设计标准中需要考虑的重要因素。
不同的流道形状会对流体的流动状态产生影响，直接影响到喷嘴的出口速度、雾化效果等性能指标。
因此，在设计喷嘴时，需要根据具体的使用要求选择合适的流道形状，以确保喷嘴的性能达到设计要求。
此外，喷嘴的流量系数也是设计标准中需要重点考虑的内容之一。
流量系数是衡量喷嘴性能的重要指标，它直接影响着喷嘴的流量、出口速度等参数。
在设计喷嘴时，需要根据具体的使用要求和流体特性选择合适的流量系数，以确保喷嘴的性能能够满足实际的工程需求。
综上所述，标准喷嘴的设计标准涉及到材料选择、结构设计、流道形状、流量系数等多个方面。
合理的设计标准可以有效地提高喷嘴的性能和使用效果，确保其在实际工程中能够稳定、高效地运行。
因此，在设计喷嘴时，需要充分考虑这些设计标准，以确保喷嘴能够满足实际的工程需求，发挥最佳的效果。
音速喷嘴气体流量标准装置介绍及误差分析探讨
音速喷嘴气体流量标准装置介绍及误差分析探讨５、根据检定流量点选择真空泵的台数。
６、检定流量计时，需确定流量计所需的工作电压，并将信号转换柜上的输出工作电压调到相应值。
正确连接被检表脉冲发讯器，三线切勿接错。
７、按操作要求启动计算机数据采集和处理系统，并进行系统自检。
若需要，更新或修改系统基础数据。
８、在系统的提示下，输入检定所需参数。
其中包括被检流量计名称、型号、编号，空气相对湿度，检定流量测试时间、检定点、每点检定次数等。
９、打开气源系统，使空气流进入装置。
计算机控制或手动操作逐步打开所选临界流喷嘴，进入第一个流量点的检定。
ｌＯ、经过２分钟稳定后，按检定开始健，系统自动进入过程检测。
待达到预置的检定时间或检定体积后，系统自动或手动控制完成该次检定，同时计算和显示检定结果。
在检定结果中，所需要的数据有检定流量、检定体积、检定时间、流量计脉冲、流量计压力、流量计温度、喷嘴压力、喷嘴温度等，各个数据之间的关系原理图如图２：图２，Ｐ，：流量计处的压力瓦：流量计处的温度Ｑ，：通过被检流量计的气体体积流量岛：音速喷嘴处的压力?瓦：音速喷嘴处的温度Ｑ：：通过喷嘴的气体体积流量脉冲是由被检流量计所发出的，它代表流过被检流量计的体积数。
根据气态方程生手鱼：生手丝，因为各个参数已知，所以可以通过气态砉程莱得１Ｑ。
，结合检定时商即可求得检定体积，即检定体积＝检定时间×Ｑ。
，然后根据Ｋ＝踹求得仪表系数。
仪衾系数表示通过流量计的单位体积流量所对应的信号脉冲数，它是脉冲信号输出类型流量计的一个重要参数。
在此基础上可依据仪表系数求得示值误差和重复性误差等，从而判断检定的流量计是否合格。
三、测量不确定度评定．Ｉ、本装置为组合音速喷嘴，流体介质为空气，不确定度分析见下表：，７２２００６年全国流量测量学术交流会论文集音速喷嘴流量标准装置测量不确定度一览表输入量的标准不确灵敏度系序号符号来源ｃ，（ｘｉ）ｌＵ，（ｘ；）／％定度Ｕ，（Ｘｉ）／％数ｃ．（Ｘｉ）１Ｃ流出系数０．０８２％１０．０８２２Ｐｓ喷嘴前滞止压力０．０４３７％１Ｏ．０４３７３Ｔｓ喷嘴前滞止温度０．０３１７％一０．５—０．０１５８４Ｔｍ被检流量计温度０．０３１７％一１—０．０３１７５Ｐｍ被检流量计压力０．００３８４％ｌ０．０３８４６ｔ计时器Ｏ．０００５３１％ｌ０．０００５３１合成标准不确定度０．１０７％，扩展不确定度０．２１３％，ｋ＝２．Ⅱ、不确定度分量‘１、临界流函数及气体常数的不确定度由于音速喷嘴的检定也是在空气介质下进行的，４，Ｃ宰及Ｒ的值相同，因此可以忽略此二项不确定度。
音速喷嘴法气体流量标准装置
定期校准
为保证测量准确度，应定期对 装置进行校准和维护。
清洁与保养
定期对装置进行清洁和保养， 保持其良好的工作状态。
异常处理
如遇装置故障或异常情况，应 立即停机检查，并联系专业人
员进行维修。
04 优势与局限性
音速喷嘴法的优势
高精度测量
音速喷嘴法能够实现高精度的气体流量测量， 测量误差较小。
稳定性好
与孔板流量计比较
孔板流量计结构简单、价格便宜，但在流体粘度、压力和组分变化时，需要进 行修正；音速喷嘴法在流体粘度和组分变化时的误差较小，但价格较高。
05 应用案例与效果分析
应用案例一：工业气体流量测量
总结词
音速喷嘴法在工业气体流量测量中具有高精度、高可靠性的 特点，能够满足工业生产中对气体流量测量的严格要求。
音速喷嘴法气体流量标准装置
contents
目录
• 概述 • 装置结构与工作原理 • 操作流程与注意事项 • 优势与局限性 • 应用案例与效果分析
01 概述
定义与原理
定义
音速喷嘴法气体流量标准装置是 一种用于测量气体流量的装置， 采用音速喷嘴作为核心测量元件 。
原理
基和 温度变化，计算出气体的流量。
音速喷嘴法具有较好的稳定性，能够保证长 时间内测量的准确性。
宽测量范围
音速喷嘴法适用于较大范围的气体流量测量， 能够满足多种应用需求。
易于维护
音速喷嘴法的结构简单，维护方便，降低了 运营成本。
音速喷嘴法的局限性
对气体压力和温度敏感
对喷嘴质量要求高
音速喷嘴法的测量结果受气体压力和 温度的影响较大，需要额外的压力和 温度补偿。
详细描述
音速喷嘴法气体流量标准装置在工业领域应用广泛，尤其在 石油、化工、电力等行业。它能够准确测量各种气体流量， 如天然气、煤气等，为工业生产提供可靠的数据支持。
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18.55mm 26.22mm 37.09mm
2
1 1
d10 0.02782 (12800 / 3600)
52.45mm
9
喷嘴喉部直径初步确定
• 上述结果不是唯一的，完全可以有另外 的计算来覆盖技术指标中的流量范围。 • 如令qmin＝20kg/h，则流量系列为20，40， 80，160，320，640，1280，2560，5120， 10240这样10个数据。一样可以覆盖到 19000kg/h的最大流量。 • 计算得到10个喷嘴的喉部直径为：
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喷嘴喉部直径初步确定
d1 0.02782 (20 / 3600) d 3 0.02782 (80 / 3600)
1 2 2
2.07mm 2.93mm 4.15mm
d 2 0.02782 (40 / 3600)
1
1
2 1
d 4 0.02782 (160 / 3600) 2 5.86mm d 5 0.02782 (320 / 3600) d 6 0.02782 (640 / 3600)
1 1 2 2 1
8.29mm 11.73mm
d 7 0.02782 (1280 / 3600) 2 16.59mm d 8 0.02782 (2560 / 3600) d 9 0.02782 (5120 / 3600)
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1 1 2 2
23.46mm 33.18mm
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音速喷嘴数量确定
• 上述可知，音速喷嘴流量系列是一等比级数，公比 为2， n项流量之和等于最大流量qmax 。所以：
qmin 2qmin 2 qmin (2 1) qmax
n
n 1
qmin qmax
n
qmax ，2 1 qmin
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K 1 2( K 1)
K＝0.68473
P0 2 P0 qm AC ＝ d C RT0 4 RT0
1 1 4qm RT0 1 4 287.1 293 2 2 d [ ]2 ＝[ ] qm 5 CP0 0.99566 0.68473 7 10
0.02782q
• 上述计算是正压法音速喷嘴装置的数据， p0有0.7MPa，流通能力较强； • 如果是负压法，则流通能力没有这么大， 要达到该设计流量，要用更多的喷嘴并 联才能完成。
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16
负压法装置流通能力
P0 2 P0 qm AC ＝ d C RT0 4 RT0
1 1 4qm RT0 1 4 287.1 293 2 2 2 d [ ] ＝[ ] qm 5 C P0 0.99566 0.68473 1 10
3
2016/1小标准流量计的最小流量不大于被检流量 计的最小流量；
• 所用标准流量计的上限流量之和不小于被检 流量计的最大流量； • 被检流量计的任一流量都可以用单台或多台 组合的标准流量计得到； • 满足上述3条件，设置的标准流量计数最少。
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12
问题：
• 如果想要使音速喷嘴流量标准装置的流 量分辨力为1kg/h，上限流量还是19000 kg/h，则需要多少喷嘴，它们的喉部直径 应该如何设计？
2016/10/12
13
解：
qmax ＝19000 /1 19000 qmin ln(19000 1) n 14.2 15 ln 2
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2
设计技术指标(大作业)
• • • • • • • • • • 试验管道公称直径： DN＝25-300mm 流量范围： qm＝1-10000kg/h 滞止压力（绝对）： p＝0.1MPa 滞止温度：293K（干燥空气） 装置准确度± 0.5％ 负压法 流出系数C的不确定度 0.1% 采用温度、压力变送器测P0，T0 d的测量不确定度 0.05% 选型：对温度和压力变送器进行选型，确定量程及精度
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喷嘴喉部直径初步确定
d1 0.02782 (25 / 3600) d 2 0.02782 (50 / 3600)
1 2 2 1
2.32mm 3.28mm
2 2
1
d 3 0.02782 (100 / 3600)
4.64mm 6.56mm 9.27mm 13.11mm
1 2
d10 0.02782 (10240 / 3600)
46.92mm
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流量分辨力
• 上述计算的一套喷嘴系统，流量的分辨 力是最小流量qmin，可以调节到任一最小 流量qmin的倍数。 • 为了提高标准装置的流量分辨力，最小 流量qmin应尽可能小。为了达到这一目的， 喷嘴数量就会增加。
0.0736q
1 2 m
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qmax ln( 1) qmin n ln 2
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音速喷嘴数量确定
qmax ＝19000 / 25 760 qmin ln(760 1) n 9.57 10 ln 2
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喷嘴喉部直径确定
P0 qm AC RT0
2 K 1
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• 令qmin＝1kg/h，则流量系列为1，2，4， 8，16，32，64，128，256，512，1024， 2048，4096，8192，16382这样15个系 列数据。 • 将这些流量值待入计算喉部直径的公式， 就可得到15个喷嘴的喉部直径。
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注意事项：
音速喷嘴工艺设计计算
• 音速喷嘴数量确定：
– 管径范围： DN25、40、50、80、100、150、 200、250、DN300九种 – 流量范围：qmin= 25kg/h， qmax= 19000kg/h – 第2、第3直至第n个喷嘴的流量，分别使其为2 qmin ，4 qmin ， 8qmin， … 2n-1qmin ，n是喷嘴个 数。 – n个喷嘴的流量之和应是最大流量。
音速喷嘴标准装置设计依据
• 设计依据：
– ISO9300：2005 Measurement of gas flow by means of critical flow Venturi nozzle – JJG620-1994 临界流流量计 – JJG643-2003 标准表法流量标准装置 – JJG619-2005 pVTt 法气体流量标准装置
2 2 2 1
d 4 0.02782 (200 / 3600) d 5 0.02782 (400 / 3600) d 6 0.02782 (800 / 3600)
1 1 1
2 2 1
d 7 0.02782 (1600 / 3600) d 8 0.02782 (3200 / 3600) d 9 0.02782 (6400 / 3600)