在我國，常見的非標準差壓類流量計有多孔孔板流量計、V型錐、楔形、插入式雙文丘利、巴類等，流量儀表的生產(chǎn)廠家需要對這些儀表進行實流標定，必要時還要為特殊工業(yè)現(xiàn)場配置的流量儀表進行工業(yè)現(xiàn)場模擬流量實驗以及風洞實驗。目前國內(nèi)氣體流量標準裝置基本采用的是鐘罩式氣體流量標準裝置和音速噴嘴（或稱PVTt法）氣體流量標準裝置。這兩種方式都具有檢測精度高、性能可靠等一些優(yōu)點，但也存在標定流量的范圍比較窄、不能實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場模擬流量實驗以及風洞實驗的功能。天津潤泰公司在我國流量專家毛新業(yè)老師的指導下，與天津大學合作共同設(shè)計開發(fā)了用文丘利作為標準表的正壓法氣體流量標定系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2011年5月建成，實現(xiàn)了對流量儀表標定、工業(yè)現(xiàn)場流量模擬實驗以及風洞實驗的目標。

    1 系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)想

    為了實現(xiàn)流量儀表標定、工業(yè)現(xiàn)場模擬流量實驗以及風洞實驗的目的，系統(tǒng)內(nèi)部被測管路必須具有一定的正壓力，即采用正壓法才能實現(xiàn)。正壓法采用風機（或空氣壓縮機）作為動力源，可以不多考慮干燥、凈化等影響。正壓法容易實現(xiàn)較寬的流量測量范圍，具有在不同壓力點下的檢測、實驗?zāi)芰Α?/p>

    用文丘利作為標準表具有以下優(yōu)點：

    1）文丘利是標準節(jié)流裝置，有國際標準和國家標準作為支撐，有大量的數(shù)據(jù)可以直接引用。

    2）文丘利由于是鋼制金屬結(jié)構(gòu)，介質(zhì)溫度、壓力、濕度及使用時間對文丘利的流出系數(shù)不會產(chǎn)生影響，比采用渦輪或渦街作為標準表更穩(wěn)定可靠。

    3）文丘利通過機構(gòu)的實流檢定，可以達到較高的精度等級，可以滿足作為標準表的要求。

    在主管路加裝風洞及測試功能，這個構(gòu)想可以實現(xiàn)一個系統(tǒng)多種用途，可以大量節(jié)約單獨建設(shè)風洞的費用，減少占地面積。

    增加工業(yè)現(xiàn)場流量模擬實驗以及風洞實驗的功能。在工業(yè)現(xiàn)場中經(jīng)常會遇到由于現(xiàn)場工藝直管段很短，還有一些測量管路是異形管路，給準確測量流量造成很多困難，甚至無法進行測量。這個問題是困擾流量儀表用戶和流量儀表生產(chǎn)企業(yè)的老大難問題。在正壓法氣體流量標定系統(tǒng)上按比例大小模擬現(xiàn)場工藝測量管道，在適當?shù)奈恢眉友b適用的儀表進行模擬試驗，對流量測量進行定量的分析，可以找到理想的解決方案，是一條簡便、快捷、準確的方法。

    2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

    系統(tǒng)組成如圖1所示，由風機、變頻系統(tǒng)、風洞、文丘利（標準表）、檢定管路、壓力變送器、溫度變送器、差壓變送器及數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)組成。

 2.1 氣源部分

    動力由一臺風機提供，風機流量：7500m3/h（目前設(shè)計由一臺風機提供動力，將來流量需要增加時，可以并聯(lián)一臺風機來實現(xiàn)）。采用變頻電機及變頻器，可以實現(xiàn)風量無極調(diào)整。

    2.2 風洞部分

    由擴張段、整流段、收縮段和效驗段組成。設(shè)計風速范圍0～25m/s，為了保證效驗段內(nèi)流速為直均流，整流段采用蜂窩狀整流柵加二層過濾結(jié)構(gòu)，配備標準皮托管和微壓計作為標準器。

    2.3 文丘利部分

    由三臺文丘利作為標準表，文丘利管徑分別為DN300、DN200、DN100。DN300文丘利設(shè)計時要考慮被校表的管徑范圍為DN300、DN250；DN200文丘利設(shè)計時要考慮被校表的管徑范圍為DN200、DN150、DN125；DN100文丘利設(shè)計時要考慮被校表的管徑范圍為DN100、DN80、DN65、DN50。為提高氣體流量標定系統(tǒng)精度，文丘利必須由檢測機構(gòu)進行實流標定。

    2.4 檢定管路部分

    主檢定管路并聯(lián)三條管線，分別為DN300管路、DN200管路、DN100管路，DN300管路留有DN250管路接口；DN200管路留有DN150、DN125管路接口；DN100管路留有DN80、DN65、DN50管路接口，即標定管徑范圍為DN300～DN50。

    2.5 變送器儀表部分

    差壓變送器：標準表及被校表都選用羅斯蒙特高精度智能差壓變送器，精度等級0.075%。

    壓力變送器：標準表及被校表都選用橫河EJA壓力變送器，精度等級0.075%。

    溫度變送器：標準表及被校表都選用國產(chǎn)JWSK系列溫度變送器，精度等級0.2%。

    2.6 測控部分

    被校表由人工安裝，變頻器控制、參數(shù)的輸入由操作人員在計算機上完成。數(shù)據(jù)采集、信號處理、數(shù)據(jù)處理、打印、存儲由計算機自動完成。全部檢定過程在計算機屏幕上人機對話操作，方便快捷。

    3 系統(tǒng)工作原理

    3.1 風洞檢定

    風洞作為檢定被校傳感器流速的標準設(shè)備，具有在風洞測試段某一截面各點等速的特性，利用這個特性使標準皮托管與被校傳感器在同一截面，由標準皮托管和微壓計給出流速和差壓，與被校傳感器比較，確定被檢表的技術(shù)指標。

    本系統(tǒng)以工控機為中心，通過485協(xié)議與變頻器通訊，控制其輸出頻率調(diào)節(jié)風機流量，使風洞測試段至相應(yīng)流速點，爾后進行檢定；多次測量得到被校表流量系數(shù)、重復(fù)性、線性度。

    皮托管標定公式

    式中，V—風速，單位m/s；P－皮托管測得的差壓值，Pa；ρ－流體密度，kg/m3。

    3.2 流量檢定     

    文丘利作為標準表的正壓法氣體流量標定系統(tǒng)是利用流體力學連續(xù)性原理，將標準表（文丘利）和被檢表串聯(lián)，由標準表和相關(guān)參數(shù)測量儀表給出標準流量，與被檢表輸出的流量比較，確定被檢表的技術(shù)指標渦街流量計。

    本系統(tǒng)以工控機為中心，通過485協(xié)議與變頻器通訊，控制其輸出頻率調(diào)節(jié)風機流量至相應(yīng)流量點，爾后進行檢定；通過控制柜與現(xiàn)場通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控。在被檢流量計檢定規(guī)程規(guī)定的一次測量時間內(nèi)，計算機同時采集被檢表和標準表輸出的流量信號，壓力、溫度、差壓、濕度信號，換算出被校表處質(zhì)量流量，從而計算出被校表流出系數(shù)，期間利用濕度進行密度修正；多次測量得到被校表重復(fù)性、線性度、基本誤差等性能指標。

    流量檢定系統(tǒng)控制原理簡圖如圖2所示。

    文丘利作為標準表測量流量采用公式為：

    質(zhì)量流量公式：

    式中，qm——質(zhì)量流量，kg/s；Q——體積流量，m3/s；C——流出系數(shù)；d——工作條件下文丘利喉部內(nèi)徑，m；β——直徑比；ε——可膨脹性系數(shù)；ΔP－差壓，Pa；ρ－流體密度，kg/m3。

    3.3 檢定數(shù)據(jù)

    以DN100檢定管路為例，檢定某一多孔孔板流量計數(shù)據(jù)。

 4 裝置的檢定規(guī)程

    該裝置所配標準文丘利均符合國標GB/T2624－2006的技術(shù)規(guī)定，文丘利流量計算也嚴格按上述標準進行，文丘利檢定依據(jù)JJG640－94《差壓式流量計檢定規(guī)程》送具有資質(zhì)的流量檢測單位進行實流檢定。該氣體流量標定系統(tǒng)的檢定按JJG643－2003《標準表法流量標準裝置檢定規(guī)程》進行。

    以DN100標準表（文丘利）檢定為例，由中國計量科學研究院檢定。

  該系統(tǒng)目前已投入使用，風洞檢測、流量檢測效果良好，具備了用于產(chǎn)品開發(fā)、實驗、檢定的功能，達到了高效率、高精度、大范圍、多用途檢測的目的，為提高我國計量檢測能力提供一個新的方法。