音速喷嘴气体流量标准装置的误差分析

2 误差分析

根据式（1），整个装置的不确定度为

2·1流出系数C

流出系数，是对"一维、等熵流动"这种假设的修正。实验表明，C只是雷诺数Red的函数，lSO9300给出的流出系数经验公式[2]为

式中：Red为音速喷嘴喉部雷诺数；d为音速喷嘴喉部内径；μ0为气体在滞止条件下的动力粘度；a，b，n的数值按不同种类的文丘利喷嘴和雷诺数范围而不同。

式(3)是根据一些实验资料拟合而成的，按此公式求出的流出系统的相对误差为±0.5%。如用PVTt法气体标准装置实标，其相对误差可≤±0.2%。

在本装置中，我们采用PVTt法气体标准装置实标,Ec=±0.2%。

2·2临界流函数C'

实际气体的临界流函数不但与滞止压力、温度有关而且与气体组份有关。由于在常温、常压附近，临界流函数变化很小，通常用一常数表示。

当用音速文丘利喷嘴标定各种流量仪表时，为了节省设备投资和运行费用，目前国内一般均使用湿空气作为试验介质，而临界流函数C'仍按干空气计算，当空气湿度较大时，会带来较大的误差。在本装置中，Ec≤±0.2%。

2 · 3摩尔质量M

由于使用湿空气作为试验介质，但计算时却通常按干空气的摩尔质量计算。湿空气是干空气和水蒸汽的混合物，通常大气中水蒸汽的摩尔成分很小，湿空气和干空气的摩尔质量相差很小。当空气湿度较大时，会带来较大的误差，这时，在计算过程中通常需要对空气湿度的影响进行修正。

在本装置中，由于在使用过程中，空气湿度较小，因而没对此作修正，由此带来的误差很小，在这里忽略不计。

2 · 4喷嘴喉部内截面积A

根据临界流流量计检定规程[4]，Ed≤±0.1%，所以EA=±2Ed≤±0。2%。

2·5滞止绝对压力p0

我们假定了气体在文丘里喷嘴入口处是处于滞止状态，即气体流速以等熵过程降为零时的状态。此时，入口处流速趋于零，相当于入口截面积相比于喉部截面积趋于无穷大，即直径比 β趋于零，此时的温度、压力分别称为滞止温度、滞止压力。当 β不够小时，就需要由测得的流动状态参数算出滞止状态参数。

在ISO9300中，给出了实测压力与滞止压力的关系[2]：

式中：p0为喷嘴滞止绝对压力；p1为喷嘴入口实测绝对压力；k为等熵指数，对于理想气体，k等于比热比；Ma1为文丘里喷嘴入口处的马赫数。

根据文献[1]，当 β≤0.5时，式(5)可近似表示为

对于空气，k=1.4。

在本装置中，β =0.2，我们用实测绝对压力(图1中滞止容器的压力p1)直接代替了喷嘴滞止压力，由此所带来的误差E1可用式(6)计算:

通常实测绝对压力的测量可以采用两种方法：

第一种方法：差压变送器+大气压力计+A/D，差压变送器的高压室直接通大气，低压室用于测量滞止容器的压力，这样测得的压力实际上是真空度，要想得到绝对压力，必须用大气压力计测得大气压，绝对压力=大气压－真空度。所以采用这种方法的误差E2应包括绝对压力变送器的误差E21、大气压力计的误差E22和A/D数据采集卡的误差E23：

第二种方法：绝对压力变送器+A/D，直接用绝对压力变送器测量滞止容器的绝对压力。所以采用这种方法的误差E2包括绝对压力变送器的误差E24和A/D数据采集卡的误差E23：

在本装置中，采用了第二种方法，其中绝对压力变送器的量程为0～0.12MPa，精度为±0.2%，采用台湾研华的12位A/D数据采集卡，精度为±0.015%，所以

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