1、前言：近年來(lái)，以天然氣為代表的高壓氣體流量計(jì)量的準(zhǔn)確性日益受到重視，氣體壓力的不同會(huì)帶來(lái)氣體流量?jī)x表本身機(jī)械性能的巨大變化，從而造成氣體流量?jī)x表計(jì)量性能的嚴(yán)重變化。流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是復(fù)現(xiàn)流量量值的載體，也是進(jìn)行流量計(jì)量研究的必要條件，世界各國(guó)都致力建立自己的高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。德國(guó)PTB、美國(guó)NLST、韓國(guó)KRISS等采用不同原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建立了高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院2014年建成了一套高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，裝置包括高壓pVTt氣體流量原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、高壓音速?lài)娮旆怏w流量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置及高壓環(huán)道氣體流量工作標(biāo)準(zhǔn)裝置。高壓環(huán)道氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置以4臺(tái)渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，可實(shí)現(xiàn)***高壓力2. 5 MPa下1600 m3/h的測(cè)量能力，擴(kuò)展不確定為0.21% (k=2)，本文分析了其組成及不確定度。

2、高壓環(huán)道氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立：
   高壓環(huán)道氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置主要由氣源部分、動(dòng)力部分、換熱部分、工作部分等組成，裝置原理簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖to    氣源部分為系統(tǒng)提供高壓氣體，主要由2臺(tái)空氣壓縮機(jī)、兩級(jí)儲(chǔ)氣罐、兩級(jí)調(diào)壓裝置等組成。一級(jí)儲(chǔ)氣罐***高耐壓11 MPa，二級(jí)儲(chǔ)氣罐***高耐壓5 MPa;一級(jí)減壓調(diào)壓系統(tǒng)由4個(gè)調(diào)壓閥組成，二級(jí)減壓系統(tǒng)由6個(gè)調(diào)壓閥組成。
    動(dòng)力部分是1臺(tái)高壓鼓風(fēng)機(jī)，高壓鼓風(fēng)機(jī)為環(huán)道氣體提供循環(huán)動(dòng)力。安裝在高壓鼓風(fēng)機(jī)出口的過(guò)濾器則保證管道內(nèi)氣體的潔凈，同時(shí)也起到一定的整流作用?？紤]到氣體在環(huán)路系統(tǒng)運(yùn)行中的沿程及局域壓力損失，高壓鼓風(fēng)機(jī)具備2. 5 MPa下，200 kPa的升壓能力。

圖1高壓環(huán)道氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置原理簡(jiǎn)圖

3、標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度分析：
   以1臺(tái)渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表檢定1臺(tái)渦輪流量計(jì)被檢表為例對(duì)裝置的不確定度進(jìn)行分析。
3.1、數(shù)學(xué)模型:
   根據(jù)質(zhì)量守恒，通過(guò)渦輪流量計(jì)被檢表的體積流量為:

  式中:QV,MUT為渦輪流量計(jì)被檢表的真實(shí)體積流量，m3/h;E,為渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表示值誤差，通過(guò)上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量得到;K，為渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表儀表系數(shù)，為流量計(jì)本身固有特性;N,為渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù);;t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，S9Pi"PMUT分別為渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表、被檢表處壓力，Pa; T幾UT分別為渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表、被檢表處溫度，K : Z, , ZMUT分別為渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表、被檢表處空氣的壓縮系數(shù)。    為提高壓力測(cè)量的準(zhǔn)確度，裝置采用“絕壓+差壓”的壓力測(cè)量方式，即高精度絕壓表串聯(lián)差壓變送器。進(jìn)而，式(1)可改寫(xiě)為:

式中:Pabs為高精度絕壓表取壓點(diǎn)處壓力，Pa;△p1

3.2、不確定度分析：
   根據(jù)式(3)，高壓環(huán)道氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，系統(tǒng)相對(duì)測(cè)量不確定度為:

    由于標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表處的參數(shù)近似，于1，忽略該項(xiàng)不確定度影響。魯接近    (1)渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表示值誤差，ur(E,)    4臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)表溯源至高壓音速?lài)娮鞖怏w流量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置。高壓音速?lài)娮鞖怏w流量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0. 15% ( k=2 ) fz7，因此，U(E,)= 0. 20 0(k=2),u(E,)=0. 10%。
    (2)壓力測(cè)量，ur(pabs) ur(△p1;),ur(△pMUT )    壓力測(cè)量系統(tǒng)采用“絕壓+差壓”的測(cè)量方式，通過(guò)2塊高精度壓力測(cè)量?jī)x表(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為絕壓表)串聯(lián)7塊高精度相對(duì)壓力變送器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為差壓表)實(shí)現(xiàn)。絕壓表與差壓表取壓點(diǎn)分別如圖1所示。
    2塊高精度絕壓表由低壓和高壓2個(gè)測(cè)量傳感器組成:低壓段量程0. 2一0. 7 MPa，高壓段量程0.，一3. 5 MPa。校準(zhǔn)后測(cè)量不確定度為示值的0.01%(k=2)，因此，絕壓測(cè)量帶來(lái)不確度為:
    2. 5 MPa下，***大差壓為2U0 kPa，因此，靈敏度系數(shù)為:

    差壓變送器量程0一0. 1 MPa，校準(zhǔn)后測(cè)量不確定度為0.025% (k=2)，差壓測(cè)量帶來(lái)的不確定度為:

3. 3、裝置不確定度實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵措施：
   (1)渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表的原位校準(zhǔn)
   安裝環(huán)境的變化對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度存在較大影響，為實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)準(zhǔn)確度，需特別注意安裝對(duì)渦輪流量計(jì)的影響閉。為避免標(biāo)準(zhǔn)表因拆卸、安裝帶來(lái)的不確定度，高壓環(huán)道裝置的渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表設(shè)計(jì)為原位校準(zhǔn)方式。
   校準(zhǔn)過(guò)程中，關(guān)閉工作部分外部球閥，打開(kāi)消音器處球閥，保證調(diào)壓系統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)表渦輪流量計(jì)一16支音速?lài)娮旖M一被檢管路一消音器一大氣做為氣體流通路徑，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)表的原位校準(zhǔn)。有效提升渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表溯源的可靠性，保證裝置的不確定度。
    (2)“絕壓+差壓”的壓力測(cè)量方法
   高壓環(huán)道氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用2塊高精度絕壓表串聯(lián)7塊高精度差壓變送器的壓力測(cè)量方法，這在以往國(guó)內(nèi)同類(lèi)裝置中未見(jiàn)使用。單純使用絕壓表測(cè)量壓力(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“絕壓”測(cè)量)與“絕壓十差壓”2種測(cè)量方法的不確定度對(duì)比結(jié)果如表3所示。

    結(jié)果表明:使用“絕壓”測(cè)量方法時(shí)，各部分靈敏度系數(shù)均為1，壓力測(cè)量引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0. 0071 %;使用“絕壓+差壓”的壓力測(cè)量方法時(shí)，部分靈敏度系數(shù)下降至0. 08，壓力測(cè)量引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度降為0. 0015 %。因此，“絕壓+差壓”的測(cè)量方法由于各部分靈敏度系數(shù)的降低，有效降低了壓力測(cè)量帶來(lái)的總的不確定度，提高了裝置的不確定度。

4、結(jié)論：
   中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院建成一套高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，該裝置包括高壓pVTt氣體流量原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、高壓音速?lài)娮旆怏w流量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置及高壓環(huán)道氣體流量工作標(biāo)準(zhǔn)裝置。該高壓環(huán)道裝置以4臺(tái)渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，具備2. 5  MPa,1 600 m3/h的測(cè)量能力。高壓環(huán)道裝置的擴(kuò)展不確定度為0.21% (k二2)。渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表的原位校準(zhǔn)與“絕壓+差壓”的壓力測(cè)量方式的實(shí)施保證了裝置測(cè)量不確定度的實(shí)現(xiàn)。