国标临界流文丘里喷嘴检定规程.doc

F了囝中华人民共和国国家计量检定规程JJG 62082008临界流文丘里喷嘴Critical Flow Venturi Nozzle20080523发布2008一”一23实施国家质量监督检验检疫总局发布jJG 620-2008临界流文丘里喷嘴检定规程， 一 “” ” j：；iJJG 6202008；Verification Regulation of Criticall代替JJG 6201994i5iFlow Venturi Nozzle、， 一一一-。本规程经国家质量监督检验检疫总局于2008年5月23日批准，并自2008年11月23日起施行。归口单位：全国流量容量计量技术委员会 主要起草单位：中国计量科学研究院 参加起草单位：国家水大流量计量站浙江省余姚市银环流量仪表有限公司 天津市润泰自动化仪表有限公司 丹东蓝信电器有限公司 浙江省质量技术监督检测研究院 上海工业自动化仪表研究所本规程委托全罔流餐容量计量技术委员会负责解释本规程主要起草人：徐英华(中国计量科学研究院)参加起草人： 王自和(国家水大流量计量站) 朱家顺(浙江省余姚市银环流量仪表有限公司) 李春辉(中国计量科学研究院) 童复来(天津市润泰自动化仪表有限公司) 李东军(丹东蓝信电器有限公司) 沈文新(浙江省质量技术监督检测研究院) 郭爱华(上海工业自动化仪表研究所)JJG 620-2008目录1范围 ”2引用文献 · ·3术语和定义 · ·4符号 · · · ··5概述 ·· - ·· · · ·- · -· ··-·51原理 ··52喷嘴的安装方式 一53基本方程 6计量性能要求 “61喷嘴流出系数准确度等级 一62流出系数的重复性 一7通用技术要求 一71外观要求和随机文件 -·72喷嘴的统一要求 · -73喷嘴的特殊要求 -·74临界流函数C+和实际气体临界流系数(石的计算 ·-8计量器具控制 -·8。1检定条件 一82检定项目 -·83检定方法 · ·84仲裁· ·· ·· · -·85检定结果的处理 ··86检定周期 -· 附录A喷嘴的流出系数 ·· 附录B 常用气体临界流函数C，的数值表 ·- 附录c 天然气混合物临界质量通量的计算 -·附录D大气空气的质量流量修正冈子 ·· ¨¨¨¨”¨¨¨¨¨¨¨"¨"¨m拗鳓附录E 喷嘴喉部与上游管道直径比口>O25的临界流喷嘴临界质量通量 的计算 · ·附录F喷嘴安装要求 一 柳喜|附录G临界压力比的计算方法和背压比与面积比f箸1的关系*， ·· 渤附录H检定证书及检定结果通知书内页信息 ·· 川；)JJG 620-2008临界流文丘里喷嘴检定规程本规程参照ISO 9300：2005(E)Measurement of gas flow by means of critical flowVenturi nozzles。1范围 本规程适用于对测量气体流量的临界流文丘里喷嘴和出口无扩散段的临界流喷嘴的首次检定、后续检定和使用中检验。2引用文献 下列标准、规程所包含的条文。通过引用而构成本规程的条文。JJF 100l 1998通用计量术语及定义JJF 1004-2004流量计量名词术语及定义 JJF 1059-1999测量不确定度评定与表示 使用本规程时。应注意使用上述引用文献的现行有效版本。3术语和定义31静态压力static pressure 用连接在管壁取压iL上的压力计测量得到的流动气体的实际压力。 注：本规程中所使用的静态压力均为绝对压力。32静态温度static temperature 不受气流速度影响的流动气体的实际温度。 注：本规程中所使用的静态温度均为开尔文温度值。33 滞止状态stagnation state流体在流动中滞止下来，即达到速度等于零时的状态。34滞止压力stagnation pressure 滞止状态时的气体压力。 注：本规程中所使用的滞止压力均为绝对滞止压力值。35 滞止温度stagnation temperature 滞止状态时的气体温度。 注：本规程中所使用的滞止温度均为开尔文温度值。36等熵指数isentropic exponent 可逆绝热(等熵)过程中，压力的相对变化与密度的相对变化之比。 注1；等嫡指数由下武给出：。一卫f学1一军JJG 620-2008式巾P一气体的静态压力； p气体的密度； c当地音速； S表示“等熵”。注2：对于真实气体，分子之问的作用力以及分子所占据的体积对气体的特性具有不可忽略的 影响；对于理想气体，分子之间的作用力和分子所占据的体积可略去不计。注3：对于理想气体，*等于比热容比y，单原子气体等于53；双原子气体等于75；三原子气体等于97。37 压缩因子compressibility factor相同温度和，K力下，实际气体与理想气体的比容之比，是实际气体对理想气体体积 特性的修正量。注：压缩因子由下式确定：Z=旦Vi式中-v一实际气体比容；¨理想气体比容。38喷嘴nozzle用于测量气体流量的、人口孔径逐渐减小到喉部或经过喉部又逐渐扩大的测量 管。39喉部throat喷嘴中直径最小的部位。310质量流量mass flowrate 单位时间内流过喷嘴的气体质量。 注：本规程中“流量”始终指的是“质量流量”。31l 背压比hackpressure ratio喷嘴出口静态压力与喷嘴上游滞止压力之比。31 2临界压力比critical pressure ratio 通过喷嘴的气体流量达到最大值时，喷嘴喉部处静态压力与上游滞止压力之比。 注：此比值按附录G给出的公式计算。313临界流critical flow达到临界压力比时流过喷嘴的气体质量流量达到最大，气体在喉部达到当地音 速，此时的流动称为临界流。进一步降低背压比，通过喷嘴的流量将保持不变。314临界流函数critical flow function表征气体一维、等熵地从人口流到喉部处热动力特性的无量纲参数。注：它是气体物性和滞止条件的函数(见5S2)。3J 5实际气体临界流系数real gas critical flow coefficient 临界流函数的另·种形式，一般适用于气体混合物。 注；它与临界流函数的关襄为；C。=C。,22JJG 620-2008 式中，符号含义见表1。316 Il缶界质量通量critical mass flux在一维、等熵流的条件下，气体流过喉部的单位面积的质量流量。317临界流文丘里喷嘴critical flow Venturi nozzle 喉部能够达到当地音速的具有扩散段的喷嘴。 注：以下临界流文丘里喷嘴简称喷嘴。318喉部雷诺数throat Reynolds number以喉部直径作为特性尺寸，使用喷嘴入口滞止条件下的气体动力粘度计算得到的无量纲参数。注：它由下式确定：船。一当虹7cap o式中一通过喷嘴气体的流量；d一喷嘴喉径；口。滞止条件下的气体动力粘度。31 9流出系数discharge coefficient 实际流量与相同滞止条件下，气体一维、等熵地流过喷嘴的理想流量的比值。 注1：流出系数由下式确定：Cd，一堑q，m式中通过喷嘴的实际流量；q。相同滞止条件下，气体一维、等熵地流过喷嘴的理想流量。 注2：该系数是对粘性和流场曲率影响的修正； 注3：对于满足本规程中规定的喷嘴结构和安装条件，它仅是喉部雷诺数的函数。320 圆环形喉部文丘里喷嘴toroidalthroat Venturi nozzle圆环形喉部喷嘴的收缩段(人口)是一段圆环面。它从人口平面向后延伸，通过最 小横截面(喉部)与扩散段相切(见图1)。321普通加工圆环形文丘里喷嘴normally machined toroidalthroat Venturi nozzle由车床加工并经表面抛光达到所需粗糙度要求的文丘里喷嘴。322精确加j【圆环形文丘里喷嘴accurately machined toroidalthroat Venturi nozzle由超精密车床加_，无需抛光即可达到所需粗糙度要求的文丘里喷嘴。323 圆筒彤喉部文丘里喷嘴cylindricalthroat Venturi nozzle圆筒形喉部喷嘴的收缩段(入口)是一个t4圆环面。其一端与人口平面相切，另 一端与圆筒形喉部相切(见图2)。4符号，符号见表l。3JJG 620-2008表1符号符号 意义 最纲 sI单位A 2 喷嘴出口的横截面积 L2 m2A。： 喷嘴喉部的横截面积 I，2 m2o， 流出系数 无量纲 CR 实际气体临界流系数 无量纲 C 实际气体临界流甬数 无量纲 C。 理想气体一维等熵流的临界流函数 无量纲 D 上游管道的直径 I，d 喷嘴喉部的直径 LM 摩尔质量 M kg·mol 1Mal 上游取压口处的马赫数 无最纲2户l 喷嘴入口处气体的绝对静态压力 ML一1T Pa2p2 喷嘴出I=l处气体的绝对静态压力 MI，一1T Pa2 喷嘴人口处气体的绝对滞止压力 ML一1T Pa户n- 喷嘴喉部处气体的绝对静态压力 MI1T 2 Pa声-， 理想气体一维等熵流喷嘴喉部处气体的绝对静态压力 MI1T 2 Pa(P2P。)：理想气体一维等熵流喷嘴H口静压对喷嘴人口滞止压力之比无量纲1qm 质量流量 MT_1 kg·S11qw 理想气体一维等熵流的质量流量 MT kg·SR 通用气体常数 MI。2T 2一1 J·toolK 1Re。 喷嘴喉部雷诺数 无量纲r 喷嘴人口的曲率半径 I。临界_I_E力比P。Po无量纲T 喷嘴人口处气体的静态温度 K L 喷嘴人口处气体的滞止温度 K U， 相对扩展不确定度 无最纲Z压缩系数 无量纲 卢直径比dD 无量纲 y 比热容比 无量纲 等熵指数 无最纲卢 滞止条仆下的气体动力粘度 MI。T Pa·S1辟】 滞lL条件下的气体密度 ML。 kg·m1M一质鼠 J，=长度7F一时间一温度¨G 620-20085概述51原理 喷嘴是一个人口孔径逐渐减小到喉部，经过喉部又逐渐扩大的用于测量气体流量的测量管。当上游滞止压力P。保持不变，逐渐减小喷嘴出口压力P。，即减小背压力比 (pzpo)，通过喷嘴的气体流量先是不断增加。当达到临界压力比时，气体在喉部达到 l临界速度即等于当地音速，流过喷嘴的气体质量流量达到最大。进一步降低背压比，流 量将保持不变。52喷嘴的安装方式 喷嘴有两种安装型式：一种为喷嘴的上游管线为圆形管道，另一种为大空间。上游为大空间时，喷嘴可并联安装。具体安装方法见附录F。53基本方程531状态方程 实际气体的特性可用下式表示：詈一(畚)Tz532理想条件下的临界流量 一垒坠(2)一项丽茜i或q。一A。C。，妇。伪(3)式中：，2、蚪y(再1)(4)533实际条件下的临界流量 q。一鱼坠一百(5)或q。一A。，(0一Cu、c，珊(6)其IflCR一(1，互) (7)式巾，Z。为上游滞止条件下的压缩系数值：磊=p糕on“(8)对于实环气体，C。和Cn不等于C (?。的值可用任何已证明其准确度的方法计算得到，常见气体的(：，值见附录B。由于流动并非一维及边界层的存在，(“总小于1。53d临界质量通最JJG 620-2008理想条件下的流动，临界质量通量等于半；nnt实际条件下的流动，临界质量通量等于等。，1ntL一天然气混合物临界质量通量的计算，见附录C。6计量性能要求61喷嘴流出系数准确度等级喷嘴流出系数准确度等级如表2所示。62流出系数的重复性 喷嘴流出系数的重复性应不超过表2中规定的扩展不确定度的13。表2准确度等级准确度等级流出系数相对扩展不确定度U(=2)O2 0203 03O5 057通用技术要求71外观要求和随机文件711外观要求应在喷嘴的明显部位清晰标明喷嘴的编号；如有可能，还应标明型号、喉部直径，设计流量，制造单位等。712随机文件 喷嘴应附有使用说明书或合格证，其中应注明：制造厂名称；喷嘴的型号规格和准确度等级；喷嘴的出厂编号、制造日期；喷嘴喉部直径、材料及其他有关的技术指标。72喷嘴的统一要求721喷嘴材料 所选用的材料应有较高的硬度并有较好的耐腐蚀性。不得有凹痕、气L和夹有杂质。还应有稳定的可复现的热膨胀特性，如果使用时的温度与测量喉部苴径时的温度不同，可对喉部直径进行适当的修正。722喷嘴的喉部和圆环形入口至锥形扩散段应无污垢或其他任何污染物。6JJG 620-2008723喉部和人口表面粗糙度 喷嘴的喉部和圆环形人口至锥形扩散段表面应进行精加丁，以使普通加：r和精确加工的喷嘴算术平均粗糙度Ra分别不超过15×10 6d和o。04pm。724锥形扩散段 喷嘴锥形扩散段的形状应进行检验，以保证任何凹凸、不连续性、不规则性和不同轴度都不超过当地直径的1。锥形扩散段表面的算术平均粗糙度Ra应不超过10 1d。73喷嘴的特殊要求 喷嘴有两种类型，分为围环形喉部喷嘴和圆筒形喉部喷嘴。圆环形喉部喷嘴分为普通加工圆环形喉部喷嘴和精确加工圆环形喉部喷嘴。731圆环形喉部喷嘴7311 圆环形喉部喷嘴应符合图1的规定。寻鲁图1陨I环形喉部喷嘴1入口平l所；2环形表面莉扩胜段的结合处；3-琏力仪表的位置l a在此妖州，磬通加】一车"精确 加I喷嘴的赏术甲均丰f【糙度R“成分别不超过I 5×l 0 6d和0041ml·井I廓J；与网环形状的偏芹盹不 超吐士0 001df b 在此区问的算术平均粗糙度R“麻不超过10 4d；c人fIfI面应作此廓形外7312 圆环形喉部喷嘴的人口平面定义为：在人口卣径250士01d处垂白：下对称 轴线的平面。7313入I：1平面(见7312)上游的入口廓形，除了要求每个轴向位置所对应的 内表面直径大于或等于网环廓形延伸部分的卣径外。无其他规定。731_4位于入口平面和扩散段之间的嘲环形喉部喷嘴的环形表面(见图1)与网环 面形状的偏差应不超过±0001d。在对称轴所处平面内，该环形表面的曲率半径一廊 为18d到22d。7315 圆环形喉部喷嘴下游与圆环面相切的扩散段是·个具有25。至6。半角的平截 头劂锥体。扩散段的度应不小于喉部“径。732圆筒形喉部喷嘴7JJG 620-20087321 圆筒形喉部喷嘴应符合图2的规定。图2圆筒形喉部喷嘴人I=l甲面I 2锥形扩散段内表面相对粗糙度的算术平均值Ra应不超过10 1d3过渡区；a在此 噬间算术平均粗糙度R“应不超址15×10 d，廓彤与蜊环形和I网筒形的偏差应不超过+20 001d7322圆筒形喉部喷嘴入口平面定义为：与喷嘴入口廓形相切并垂直于喷嘴中心线 的平面。7323 圆筒形喉部的长度和14圆环面的曲率半径都应等于喉部直径。732d 圆筒形喉部喷嘴的人口圆环形表面与圆环面形状的曲面偏差应不超过±000ld。7325应根据圆筒形喉部出口截面的平均直径计算流量。通过测量圆筒形喉部出口 断面最少四个等角分布的直径得到平均直径。喉部长度内任何一个直径与平均直径的偏 差均应不超过±000ld。7326喉部长度与喉部直径之差应不超过005d。目测14圃环面与圆筒形喉部之 间的连接处，应无缺陷。如果观察到连接处有缺陷，应检查艇个人口表面(14固环面 和圆筒形喉部)，对称轴所处平面中的局部曲率半径决不能小于05d。图3说明了这项 要求。整个人口表面应抛光，其表面粗糙度Ra不应超过15×10 6d。罔3 14网环面和圆筒形喉部之间过渡I)(连接的细部婴求7327 日测隙I筒形喉部和扩散段之问的连接处，应观察不到缺陷。7328喷嘴的扩散段由半角在3。至d。之间的平截头圆锥体构成。扩散段的长度应不8JJG 620-2008小于喉部直径。74 临界流函数c。和实际气体临界流系数c一的计算741 C。值可采用任何一种可表明其准确度的方法计算 附录B给出了常见气体的C+值。从附录B取得的(：，其相对不确定度在95置信水平下为01。742 附录c给出了通过计算质量通量，进而计算天然气混合物c。的方法，计算得到的临界质量通量(万聋i)的相对不确定度在95置信水平下为o·1。8计量器具控制 计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用rrl检验。81检定条件811环境条件 一般试验大气条件温度：(535)； 相对湿度：4575； 大气压力：(86106)kPa。812检定用仪器设备检定用仪器设备应符合或优于表3的规定。表3检定用的仪器设备喷嘴流出系数准确度等级 检定方法检定用仪器设备名称o2 o3o5pVTt装置或mt装置的准确度要求007 01001 7实流检定法压力计(绝压)的准确度要求 00400601温度计的准确度要求02“C 03CO5 L仁咫002nlnli坐标测量机几何检定法U一5¨n1(女一2)万能T具最微镜表面粗糙度仪U一5(一2)注：温度计、压力计是用来测量喷嘴滞止状态下的温度、压力。 如果分别测量表压力和大气压力其压力计的准确度应满足表3的要求。82检定项日 喷嘴的检定项目她表4，包括首次检定、后续检定和使用巾检验。JJG 620-2008表4检定项目实流检定法几何检定法 序号 检定项目首次检定 后续检定 使用巾检验首次检定 后续检定 使片J中检验1+外观检查和随机文件+1卜+2人LI收缩段+3喉部直径 + + +4扩散段 上+5粗糙度 +6流m系数·L+7重复性 十+注l：“+”表示需检项目，“ ”表示可不检项目。 注2：如果是临界流喷嘴不检扩散段。83 检定方法喷嘴的检定方法可分为实流检定法和几何检定法，实流检定法是采用流量标准装置 对喷嘴的流出系数进行检定；几何检定法是采用尺寸测量的方法对喷嘴进行检定。对喉 径50ram以上无法进行实流检定的喷嘴可实施几何检定法检定。831实流检定法8311 用目测的方法检查喷嘴的外观和随机文件，其结果应符合711、712的要求。8312实流检定法一般是在p'V'Tt法气体流量标准装置或mt法气体流量标准装置 (以下简称装置)上进行，其原理是通过测量滞止压力和滞止温度并由装置测量流过喷 嘴的实际气体流量，计算出流出系数。8313使用实流检定法装置检定喷嘴时，一般应在喷嘴使用条件下进行检定，或者 检定条件下的结果能足够准确地换算到使用条件下。8314使用实流检定法，一般应对喷嘴的喉部直径进行检定。8315喷嘴的流出系数的霭复性优于其要求的l2时，町以枪定3次。否则应检定6次。流m系数的计算公式为：G一煮纛幅Tc，(9)或 GA焘p(10)。(、R声I)。，式中q。流量，|fI装置测得；P再，、肌一滞止压力、滞止温度、滞止密度由喷嘴前的测量仪器测得 A，喉部面积，通过喉部检验巾测得的喉径计算得到； (：，一一按气体条件查表或计算求得(见附录B、c)；C“一按气体条件查表或计算求得(见附录B、【：)。10JJG 620-20088316喷嘴流出系数的平均值为：e=土C (11)式叶1(，相同条件下第i次检定测得的喷嘴流出系数。8317喷嘴流出系数的不确定度(1)喷嘴流出系数的重复性(A类相对标准不确定度)“，的计算“，一考：f攀17×，。c，z，式rfl”检定次数，n3。(2)喷嘴流m系数B类相对标准不确定度“，：一警(13)式中U， 装置的相对扩展不确定度，一2。 (3)喷嘴流出系数的相对扩展不确定度U(巴一)：己，(j，7)一2“r2+“；+“2+“+弧。+÷(“。，+“女+甜矗)(壶一2) (14)式中 “。一压力计的相对标准不确定度； “c lf每界流函数的相对标准不确定度；“。喉部面积的相对标准不确定度；Ur一温度计的相对标准不确定度；UR-一气体常数的相埘标准不确定度；“” 一摩尔质量的相对标准不确定度。 或者，U(Ca 7)一2“；+“；4-“(2i+“x。+寺(“；。4-2)(女一2) (15)式巾 "。 一临界流系数的相对标准不确定度；一 密度计的相对标准不确定度。 (4)由于气体常数及摩尔质量的相对不确定度非常小，通常可忽略其影响。如果使用和检定喷嘴时的气体及其状态相同，则式(14)中的lg(，、UA。，及式(15)中的“c，。可 视为零。832几何榆定法8321 J=IJ同测的方法检查喷嘴外观和随机文件，其结果应符合711、712的要求。8322入口收缩段 (1)对团环形喉部喷嘴的圆环形人口平面处直径用卡尺进行测量，其结果应符合第7312和7313的要求。 (2)喷嘴人【_1的收缩段的曲率半径_及曲面偏差一般用i坐标测量机测量，采用连续扫描的方法，一次得出曲率半径为_的曲面轮廓偏差。采点数不少于20点。采用最 小二乘曲线拟合方法进行数据处理。其结果：对圆环形喉部喷嘴应符合第7314的要JJG 620-2008求。对圆筒形喉部喷嘴应符合第7323、7324的要求。8323喉部直径(1)对圆环形喉部喷嘴，用三坐标测量机或万能工具显微镜测量喷嘴喉部直径，至 少测量大致等角分布的四个直径，取其平均值作为喉部直径。(2)对圆筒形喉部喷嘴，其喉部直径在出口平面上测量，至少测量大致等角分布的四个直径。取其平均值作为喉部直径。另外在喉部三个不同截面上测量直径并计算与喉 部直径之差，最后测量喉部长度。其结果应符合第7325、7326的要求。8324扩散段 用三坐标测量机检验喷嘴扩散段的长度、扩散角、直线度等，其结果应符合第724、7315和7327、7328的要求。8325粗糙度 喷嘴喉部和圆环形人口表面粗糙度的Ra一般用表面粗糙度仪测量，其结果应符合第722和723的要求。8326喷嘴流出系数及其相对不确定度 几何检定法检定合格的喷嘴，并满足附录F安装和使用要求的条件下，喷嘴流出系数按下式计算：(毛一=nbRe。1(16)表5给出各种类型喷嘴在规定喉部雷诺数范围内的系数n、b和n。不同雷诺数下 流出系数的计算结果见附录A。衰5口、b和n系数裹 普通加T网环形喉部文丘里喷嘴21×101<Re。<32×107“一0995 9b一2720"一+05精确加工圆环形喉部文丘里喷嘴21×101<RP。<14×106口一0998 5b一341 2"一+05圆筒形喉部文丘里喷嘴35×lo 5<Re。<11×107n一0997 6b=0138 8"一+o2对于普通加_丁的厕环形喉部喷嘴和圆筒形喉部喷嘴，流出系数的相对不确定度为03(一2)。对于精确加工的圆环形喉部喷嘴，其流出系数的相对不确定度为02(k=2)。84仲裁当喷嘴出现计量纠纷需要进行仲裁时，优先推荐使用实流检定法。85检定结果的处理经检定符合本规程要求的喷嘴发给检定证书，检定证书内容见附录H。检定不合 格的发给检定结果通知书，并注明不合格项目。86检定周期喷嘴检定周期一般不超过5年。周期检定的喷嘴应附带前次的检定证书。1 2JJG 620-2008附录A喷嘴的流出系数表A1普通加工的圆环形喉部喷嘴在不同喉部雷诺数下的流H系数寰A1 普通加工圆环形喉部喷嘴的流出系数 雷诺数Re。流H系数(021×101 o977 13×101 o980 25×101 0983 77×101 o985 61×105 o987 32×105 o989 853×10 o990 95×105 o992 17×105 o992 61×106 O993 23×106 0994 37×106 0994 91×107 o995 032×107 O995 4表A2 精确加工圆环喉部喷嘴在不同喉部雷诺数下的流出系数表A2精确加工圆环形喉部喷嘴的流出系数 雷诺数Re，流m系数(j，21×101 0975 03×101 O978 85×101()983 27×101 0985 6 l×10()987 72×1()。 0990 93×10；()992 35×10 5()993 77×105 O994 414×106()995 6JJG 620-2008表A3圆筒形喉部喷嘴在不同喉部雷诺数下的流H系数表A3圆筒形喉部喷嘴的流出系数雷诺数Re。流H1系数C，35×105 O989 85×10 5O990 97×105 ()992 1 l×106 0992 63×106 0993 27×106()994 311×107 0995 4JJG 620-2008附录B常用气体临界流函数c；的数