本实用新型属于气体流量技术领域，涉及一种可切换压力源为正压或负压的音速喷嘴气体流量标准装置及其检定方法。
背景技术：
气体流量装置是实现对气体流量计进行检定、校准的主要设备，采用音速喷嘴作为标准表的气体流量装置有诸多优点：结构简单、性能稳定、重复性好、精度高、维护方便等，目前广泛用来进行各种气体流量计的检定及校准。
目前音速喷嘴气体流量装置按照压力源的不同可分为负压法和正压法，负压法以大气压作为滞止压力，真空泵作为动力源，气源的压力稳定，系统较为简单，技术也相对成熟，造价及运行费用较低，音速喷嘴的上游滞止压力及温度比较稳定，临界流函数在常温常压下变化小，目前绝大部分设备采用负压法作为音速喷嘴气体流量装置的压力源。但是负压法也存在气源压力固定不可调节、压损较大，实现的流量范围也比较小的问题。且目前负压法只能检定常规大量程、大口径的流量计。
与负压法相比，正压法对气源稳定性要求高，为了实现较高的流量稳定性，正压法需要复杂的稳压调压温度控制系统，系统复杂。但是正压法可实现的流量稳定性好，采用空压机作为压力源可以随时调整被检表上游压力，减少了压力损失，可实现对压力要求较高、多个压力点的流量计进行检定，这是负压法所不能实现的。但是正压法又不能对常规大量程、大口径的流量计进行检定。
目前各计量机构基本为负压音速喷嘴气体流量标准装置，对高精度、高压力要求的流量计无法完成检定、校准，只能送往其他具有正压音速喷嘴气体流量标准装置的单位，使得检定校准过程复杂，成本高。
技术实现要素：
为了解决对压力要求高、多个压力测试点的流量计及常规大量程流量计不能在一套设备上进行校准的问题，本实用新型提供一种可切换压力源的音速喷嘴气体流量标准装置及其控制方法，在一套音速喷嘴气体流量标准装置上通过切换压力源及配套设备实现了正压法和负压法两种不同检定原理的检定功能的实现。
本实用新型所采用的技术方案是提供一种可切换压力源的音速喷嘴气体流量标准装置，其特征在于：包括音速喷嘴组、负压法检定管线、正压法检定管线、负压法动力源及正压法动力源；其中n为大于等于1的正整数；所述负压法检定管线为n路，并行设置在音速喷嘴组的一端；
所述音速喷嘴组包括多组并联的喉径不同的音速喷嘴，还包括高压开关阀vh-01与高压开关阀vh-02，所述高压开关阀vh-01与高压开关阀vh-02分别设置在其中两组并联音速喷嘴的入口端及出口端，将音速喷嘴组分为第一段音速喷嘴组及第二段音速喷嘴组；
将n路负压法检定管线定义为两类，其中的n-1路定义为第一类负压法检定管线，剩余的一路定义为第二类负压法检定管线；
所述第一类负压法检定管线包括沿负压法管线设置在负压法管线上的管口消音器a、压力变送器a、温度变送器a及开关阀vb-01；压力变送器a与温度变送器a之间用于安装被检流量计；开关阀vb-01与第一段音速喷嘴组一端连接，第一段音速喷嘴组的另一端通过管线连接到负压法动力源；负压法动力源包括依次连接的高压开关阀vh-04、真空缓冲罐、泵开关阀和真空泵；
所述第二类负压法检定管线包括沿负压法管线设置在负压法管线上的管口消音器b、开关阀vb-03、压力变送器b、温度变送器b及开关阀vb-04；压力变送器b与温度变送器b之间用于安装被检流量计；开关阀vb-04与第二段音速喷嘴组的一端连接，同时与高压开关阀vh-01相连；
所述正压法检定管线包括压力变送器c、调压阀vb-05、高压开关阀vh-03及管线消音器c；所述正压法动力源包括依次连接的贮气罐与压缩机；压力变送器c的一端连接在开关阀vb-03与压力变送器b之间，压力变送器c的另一端通过调压阀vb-05与贮气罐连接；高压开关阀vh-03与管线消音器c相连后连接至第二段音速喷嘴组的另一端，且高压开关阀vh-03同时与高压开关阀vh-02连接。
进一步地，为了实现不同口径流量计的校准，n路负压法检定管线中所能安装的被检流量计口径不同。
进一步地，为了精确正压法的调节压力温度，按照下述公式计算调压阀vb-05的开度：
其中，qm为测量的音速喷嘴流量，v为体积流量，p为压力，t为温度，r为气体常数。
本实用新型还提供一种上述的可切换压力源的音速喷嘴气体流量标准装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、选择工作模式，若为负压法，执行a过程，若为正压法，执行b过程；
a、首先，将调压阀vb-05、高压开关阀vh-03关闭，并开启开关阀vb-03、高压开关阀vh-01、高压开关阀vh-02，开启安装被检流量计管线中对应的开关阀；
然后，开启真空泵；采集被检流量计的压力、温度信息和被检流量计的频率、脉冲输出信号，对信号进行处理，实现对流量计的检定、校准；本实用新型中所涉及的信号处理过程均为现有技术。
b、首先，将开关阀vb-03、高压开关阀vh-01、高压开关阀vh-02关闭，并开启调压阀vb-05、高压开关阀vh-03；然后，开启空压机，空压机将空气压缩后，将高压空气送入高压贮气罐；采集上下游的压力温度值，利用下述公式计算调压阀vb-05的开度
其中，qm为测量的音速喷嘴流量，v为体积流量，p为压力，t为温度，r为气体常数；
根据该开度值控制调压阀vb-05的开度；再处理采集到被检流量计上下游压力温度信号及频率、脉冲输出信号，实现对流量计的检定。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型的音速喷嘴气体流量标准装置在默认状态下采用负压法，可实现对大量程、大口径的流量计，如dn300口径的气体流量计进行检定、校准，精度高；同时本实用新型的音速喷嘴气体流量标准装置，通过手动切换，可将同一套装置切换为正压法输出，装置切换方便，可实现对压力要求较高、多个压力点的流量计进行检定，检定精度高，范围宽；
2、本实用新型创新的利用正压调压阀和控制方法结合实现正压法温度压力系统的精确工作，提高了正压法音速喷嘴气体流量装置的可靠性和精度。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构图；
图2是本实用新型实施例的整体结构图；
图3是本实用新型实施例正压法压力调节拟合方法流程图；
图4是本实用新型实施例控制方法流程图；
其中附图标记为：01-管口消音器a，02-压力变送器a，04-温度变送器a，05-开关阀；
1-管线ⅰ管口消音器，2-管线ⅰ压力变送器，3-管线ⅰ被检流量计，4-管线ⅰ温度变送器，5-管线ⅰ开关阀vb-01，6-音速喷嘴组，7-高压开关阀vh-04，8-真空缓冲罐，9-泵开关阀，10-水环真空泵；
11-管线ⅱ管口消音器，12-管线ⅱ压力变送器，13-管线ⅱ被检流量计，14-管线ⅱ温度变送器，15-管线ⅱ开关阀vb-02；
16-管口消音器b，17-开关阀vb-03，18-压力变送器b，19-管线ⅲ被检流量计，20-温度变送器b，21-开关阀vb-04，22-高压开关阀vh-01，23-高压开关阀vh-02；
24-压力变送器c，25-调压阀vb-05，26-贮气罐，27-压缩机，28-高压开关阀vh-03，29-管线消音器c。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
本实用新型提供一种可切换压力源为正压或负压的音速喷嘴气体流量标准装置，包括多路并行设置的负压法检定管线及正压法检定管线，如图1所示。包括音速喷嘴组6、并行设置的n路负压法检定管线、一路正压法检定管线、负压法动力源及正压法动力源；其中n为大于等于1的正整数；音速喷嘴组6包括多组并联的喉径不同的音速喷嘴，还包括高压开关阀vh-0122与高压开关阀vh-0223，高压开关阀vh-0122与高压开关阀vh-0223分别设置在其中两组并联音速喷嘴的入口端及出口端，将音速喷嘴组分为第一段音速喷嘴组61及第二段音速喷嘴组62；将n路负压法检定管线定义为两类，其中的n-1路定义为第一类负压法检定管线，剩余的一路定义为第二类负压法检定管线；第一类负压法检定管线包括沿负压法管线设置在负压法管线上的管口消音器a01、压力变送器a02、温度变送器a04及开关阀vb-0105；压力变送器a02与温度变送器a04之间用于安装被检流量计；开关阀vb-0105与第一段音速喷嘴组61一端连接，第一段音速喷嘴组61的另一端通过管线连接到负压法动力源；负压法动力源包括依次连接的高压开关阀vh-047、真空缓冲罐8、泵开关阀9和真空泵10；第二类负压法检定管线包括沿负压法管线设置在负压法管线上的管口消音器b16、开关阀vb-0317、压力变送器b18、温度变送器b20及开关阀vb-0421；压力变送器b18与温度变送器b20之间用于安装被检流量计；开关阀vb-0421与第二段音速喷嘴组62的一端连接，同时与高压开关阀vh-0122相连；正压法动力源包括依次连接的贮气罐26与压缩机27；压力变送器c24的一端连接在开关阀vb-0317与压力变送器b18之间，压力变送器c24的另一端通过调压阀vb-0525与贮气罐26连接；高压开关阀vh-0328与管线消音器c29相连后连接至第二段音速喷嘴组62的另一端，且高压开关阀vh-0328同时与高压开关阀vh-0223连接。
具体检定时，可通过下述过程实现：
步骤一、选择工作模式，若为负压法，执行a过程，若为正压法，执行b过程；
a、首先，将调压阀vb-05、高压开关阀vh-03关闭，并开启开关阀vb-03、高压开关阀vh-01、高压开关阀vh-02，开启安装被检流量计管线中对应的开关阀；
然后，开启真空泵；采集被检流量计的压力、温度信息和被检流量计的频率、脉冲输出信号后，对信号进行处理，实现对流量计的检定、校准；
b、首先，将开关阀vb-03、高压开关阀vh-01、高压开关阀vh-02关闭，并开启调压阀vb-05、高压开关阀vh-03；然后，开启空压机，空压机将空气压缩后，将高压空气送入高压贮气罐；利用采集到的上下游的压力温度值计算调压阀vb-05的开度
其中，qm为测量的音速喷嘴流量，v为体积流量，p为压力，t为温度，r为气体常数；根据该开度值控制调压阀vb-05的开度；再利用采集到被检流量计上下游压力温度信号及频率、脉冲输出信号，实现对流量计的检定。
实施例
本实施例以三路负压法检定管线及一路正压法检定管线为例进行说明：
从图2可以看出，本实施例包括第一路负压法检定管线、第二路负压法检定管线、第三路负压法检定管线、正压法检定管线及音速喷嘴组6。其中音速喷嘴组6包括多组并联的不同喉径的音速喷嘴，还包括分别设置在其中两个并联音速喷嘴入口端与出口端之间的高压开关阀vh-0122、高压开关阀vh-0223，通过高压开关阀vh-0122、高压开关阀vh-0223将音速喷嘴组6分为两部分，定义为第一段音速喷嘴组61与第二段音速喷嘴组62。第一路负压法检定管线、第二路负压法检定管线、第三路负压法检定管线公用一个负压法动力源。
第一路负压法检定管线包括通过管线ⅰ依次相连的管线ⅰ管口消音器1、管线ⅰ压力变送器2、管线ⅰ被检流量计3、管线ⅰ温度变送器4、管线ⅰ开关阀5，管线ⅰ开关阀5与第一段音速喷嘴组61连接，第一段音速喷嘴组61通过管线连接到负压法动力源，负压法动力源包括依次连接的高压开关阀vh-047、真空缓冲罐8、泵开关阀9和动力源水环真空泵10。
第二路负压法检定管线中管线ⅱ管口消音器11和管线ⅱ压力变送器12相连，管线ⅱ压力变送器12和管线ⅱ被检流量计13相连，同时管线ⅱ被检流量计另一端与管线ⅱ温度变送器14相连，并通过管线11开关阀15和第一段音速喷嘴组61连接，第一段音速喷嘴组61通过管线连接到高压开关阀vh-047上，高压开关阀vh-047、真空缓冲罐8依次相连后通往泵开关阀9，泵开关阀9和动力源水环真空泵10连接。
第三路负压法检定管线中管口消音器b16首先与开关阀vb-0317一端相连，开关阀vb-0317另一端与压力变送器b18连接，压力变送器b18、管线ⅲ被检流量计19、温度变送器b20、开关阀vb-0421依次相连，开关阀vb-0421另一端和第二段音速喷嘴组62的部分喷嘴相连，同时与高压开关阀vh-0122相连，高压开关阀vh-0122、高压开关阀vh-0223连接着音速喷嘴组6的两部分。同时，高压开关阀vh-0223与高压开关阀vh-0328、管线消音器c29依次连接。与此同时，开关阀vb-0317又连接着压力变送器c24，压力变送器c24另一端连接着调压阀vb-0525，调压阀vb-0525控制着贮气罐26管线的开启，贮气罐26另一端通过管线与压缩机27连接。
本实用新型的工作过程：
结合图2，在负压法状态下，首先根据被检流量计的口径将被检流量计安装到对应的管线上，安装位置有管线ⅰ被检流量计3、管线ⅱ被检流量计13、管线ⅲ被检流量计19三个工位，安装到相应的工位后，由真空泵10工作，在真空缓冲罐8稳定后输出，为音速喷嘴组6制造临界条件，要检定流量计的各种流量范围时，可相继打开音速喷嘴组6的不同喉径的音速喷嘴，在形成负压后，空气进入选中的音速喷嘴，若被检流量计安装在管线ⅰ上，空气会先后经过被检流量计上游的管线ⅰ温度变送器4、管线ⅰ被检流量计3、管线ⅰ压力变送器2后，经管线ⅰ管口消声器排出，管线ⅱ、管线ⅲ的工作方法与管线ⅰ一致。
当音速喷嘴气体流量标准装置需要进行正压法检定时，高压开关阀vh-047、高压开关阀vh-0122，高压开关阀vh-0223、开关阀vb-0317关闭，而调压阀vb-0525、高压开关阀vh-0328开启，由压缩机27工作，压缩机27工作产生的高压压缩空气稳压后进入贮气罐26，根据被检表的类型选择合适的音速喷嘴后，打开对应的音速喷嘴，将高压空气经过管线ⅳ稳压阀调节后进入实验管线，经过压力变送器c24、管线ⅲ被检流量计、温度变送器b20、高压开关阀vh-0328后，由管线消音器c29排出。
如图3所示，当音速喷嘴气体流量标准装置工作在正压法时，由于正压法的调压是通过调压阀vb-0525来调节的，阀门开度调节过程直接和下游管线和滞止容器温度压力变化过程相关，这个开度变化体现在阀门流量变化上，因此得出这个流量的计算公式对温压稳定预估过程至关重要。首先利用螺杆压缩机27对系统进行增压，利用压力变送器b18对高压贮气罐26的气压进行实时监测，如果气压没有到达预设最大值，继续进行增压；当到达最大值是，利用调压阀vb-0525调节装置压力值到某一恒定值，并开启喷嘴进行工作，压力变送器b18和温度变送器b20采集当前的压力温度值，采集值稳定后，利用当前值进行调压阀vb-0525的开度计算，计算公式为：
其中qm为测量的音速喷嘴流量，v为体积流量，p为压力，t为温度，r为气体常数。这样得到了阀门开度的拟合方程，为精确的调节压力温度实现了数学基础。
如图4所示，本实施例的实现过程如下：
选择工作模式，若为负压法，将管线ⅳ调压阀25、高压阀28关闭，并开启管线ⅲ开关阀17、高压开关阀22、高压开关阀23，根据被检流量计的口径大小选择相应的管线，并开启管线ⅰ开关阀5、管线ⅱ开关阀15、管线ⅲ开关阀21中一个；开启水环真空泵10作为上游压力源，进行系统的负压处理；采集并处理被检流量计的压力、温度信息和被检流量计的频率、脉冲等输出信号，实现对流量计的检定、校准。
当选择正压法检定时，将开关阀vb-0317、高压开关阀vh-0122、高压开关阀vh-0223需关闭，并开启调压阀vb-0525、高压开关阀vh-0328；然后，开启螺杆空压机27，空压机将空气压缩后，将高压空气送入高压贮气罐26；利用采集到的上下游的压力温度值计算调压阀vb-0525的开度值；调节调压阀vb-0525至该开度值，对系统进行精确调压，保证了正压法音速喷嘴气体流量装置的精度，再利用采集到被检流量计上下游压力温度信号及频率、脉冲输出信号，实现对流量计的检定。
1.一种可切换压力源的音速喷嘴气体流量标准装置，其特征在于：包括音速喷嘴组(6)、负压法检定管线、正压法检定管线、负压法动力源及正压法动力源；其中n为大于等于1的正整数；所述负压法检定管线为n路，并行设置在音速喷嘴组(6)的一端；
所述音速喷嘴组(6)包括多组并联的喉径不同的音速喷嘴，还包括高压开关阀vh-01(22)与高压开关阀vh-02(23)，所述高压开关阀vh-01(22)与高压开关阀vh-02(23)分别设置在其中两组并联音速喷嘴的入口端及出口端，将音速喷嘴组分为第一段音速喷嘴组(61)及第二段音速喷嘴组(62)；
将n路负压法检定管线定义为两类，其中的n-1路定义为第一类负压法检定管线，剩余的一路定义为第二类负压法检定管线；
所述第一类负压法检定管线包括沿负压法管线设置在负压法管线上的管口消音器a(01)、压力变送器a(02)、温度变送器a(04)及开关阀vb-01(05)；压力变送器a(02)与温度变送器a(04)之间用于安装被检流量计；开关阀vb-01(05)与第一段音速喷嘴组(61)一端连接，第一段音速喷嘴组(61)的另一端通过管线连接到负压法动力源；负压法动力源包括依次连接的高压开关阀vh-04(7)、真空缓冲罐(8)、泵开关阀(9)和真空泵(10)；
所述第二类负压法检定管线包括沿负压法管线设置在负压法管线上的管口消音器b(16)、开关阀vb-03(17)、压力变送器b(18)、温度变送器b(20)及开关阀vb-04(21)；压力变送器b(18)与温度变送器b(20)之间用于安装被检流量计；开关阀vb-04(21)与第二段音速喷嘴组(62)的一端连接，同时与高压开关阀vh-01(22)相连；
所述正压法检定管线包括压力变送器c(24)、调压阀vb-05(25)、高压开关阀vh-03(28)及管线消音器c(29)；所述正压法动力源包括依次连接的贮气罐(26)与压缩机(27)；压力变送器c(24)的一端连接在开关阀vb-03(17)与压力变送器b(18)之间，压力变送器c(24)的另一端通过调压阀vb-05(25)与贮气罐(26)连接；高压开关阀vh-03(28)与管线消音器c(29)相连后连接至第二段音速喷嘴组(62)的另一端，且高压开关阀vh-03(28)同时与高压开关阀vh-02(23)连接。
2.根据权利要求1所述的可切换压力源的音速喷嘴气体流量标准装置，其特征在于：n路负压法检定管线中所能安装的被检流量计口径不同。
3.根据权利要求1所述的可切换压力源的音速喷嘴气体流量标准装置，其特征在于：按照下述公式计算调压阀vb-05(25)的开度：
其中，qm为测量的音速喷嘴流量，v为体积流量，p为压力，t为温度，r为气体常数。
技术总结