1 引言
由于实际工程和科学研究的需要，小量程气体流量计（小于1000L/h）的使用日趋增多。目前用于气体流量测量的仪表多为浮子、转子式流量计或孔板、管嘴、文透里管等采用传统压差测量方式的流量计。对于小量程气体流量测量，气体粘滞性影响已不能忽略，温度和管道压力的影响也很明显，因此有必要对气体流量计进行及时校准，以保证测试结果的准确性。
空气校准器是用于热线热膜风速计或其它测量气体流速仪表的常用校准器。其主要特点为出口处流速稳定，测量精度高，理论上可以用于气体流量计的校准。如果配上压力计，则温度、大气压等参数输入后，相关软件即时显示压差和中心最大速度的对应关系，使得使用十分方便。对于小量程流量计校准，空气校准器出口流速很低，边界层效应将使其出口流速分布随流量改变而改变，中心点流速与流量关系为非线性。本文对该问题作了探索，重点是通过对速度剖面的测量，寻求中心点流速与对应流速分布的关系，进而建立一个简便、有效的小量程气体流量计校准系统。
2 实验设备简介
设备的布置见图1。空气经由压缩机到压力调节装置，再经空气校准器的出口射流到大气，装在坐标架上的热膜探针就位于空气校准器的出口以测量其速度分布，采集数据经过热线热膜风速计分析后通过电脑软件进行相关处理。
（1）空气压缩机。空气压缩机参数为：power（2HP）、CAP（120L/min）、press（8kg/cm2）
（2）热线热膜风速计。热线热膜风速计的基础是一根无限长的圆柱体在无限大的流场中的热对流理论。本项实验采用热线热膜风速计型号为IFA300。
（3）空气校准器。当空气校准器与压缩机相连时，它就会产生一个较宽范围的低湍流度速度值。这些速度值通过测量次级喷嘴的压差来确定。调整次级喷嘴可以提高其低速时的分辨率。本项实验采用空气校准器型号为1128B，出口喷嘴直径14mm，次级喷嘴选用#3，速度范围0~5m/s，压力范围0~13.3kPa。
（4）全自动三自由度坐标架。全自动三自由度坐标架可由单片机或者PC串口控制，既可以字符串输入，也可以一十六进制输入；其控制精度为0.01mm（一步），显示单位为μm。
3 实验过程与结果分析
实验时用的空气校准器出口直径为14mm，由于速度分布的对称性，实验中仅对某个半径上的速度分布进行测量。
实验数据处理结果仅以中心速度vmax=0.521m/s为例，其他直接给出结果。
表1和图2分别为vmax=0.521m/s时的速度分布和速度曲线。实验时取空气校准器出口中心为坐标原点，R表示测量点离开出口中心的距离，v表示该点的速度测量值。
表1 沿半径的速度分布
R/mmv/（m·s-1）R/mmv/（m·s-1）R/mmv/（m·s-1）Rmmv/（m·s-1）00.52130.5045.40.3626.60.1120.50.523.50.4955.60.346.80.06410.51840.4815.80.30170.0271.50.5164.50.45660.26 20.51250.4166.20.213 2.50.5095.20.3956.40.159
四阶拟合方程为：
v = 0.52368 - 0.01301R + 0.0429R2 + 3.99972E - 4R3 + 3.773E - 4R4
平均速度为：
平均速度与中心最大速度的比值为：
图3为与vmax的关系曲线，图中显示vmax=0.521m/s以下曲线较陡，以后变缓。说明低速区边界层对影响较大，对流量的影响更明显。
表2为空气校准器出口不同中心流速下平均流速、平均流速与中心最大流速的比值计算值表。
表2 、计算值表
vmaxvmaxvmax0.1610.0630.39130.3960.24880.62832.2781.7810.78180.2090.09520.45550.5210.36070.692242.9922.3980.80150.3280.18880.57560.8820.64250.7285 0.350.21050.60141.341.0020.74776
图4为lgRe与lg（）的关系曲线，其中Re为雷诺数，计算式为，为空气校准器出口平均速度，d为出口直径，v为气体运动粘滞系数，在20℃时v=15mm2/s。图中显示基本为两线段，说明二者基本上呈分段指数分布，在vmax=0.521m/s以下拟合方程为lg（）= -0.95459 + 0.317041gRe，在vmax=0.521m/s以上拟合方程为lg（）= -0.35268 + 0.076441gRe。在vmax=0.521m/s以下线段较陡，以上线段较缓，说明低速区指数校大，Re改变对的影响也更大。
4 应用实例
应用改造好的空气校准器对现有的小流量玻璃转予流量计进行校准。表3为二者对比值，图5为二者对比曲线，其中Qb为玻璃转予流量计的测量值，Qc为空气校准器的测量值。
表3 Qb与Qc对比值表 L·h-1
QbQcQbQcQbQcQbQc2502554503986506098508183003025004527006679008663503495504927507099509314003696005608007671000984
从以上结果可以看出，二者在流量小于350L/h时较一致，中间段有较大出入，玻璃转予流量计的读数偏大，有时误差近10%，随着流量的增大，二者偏差又有减小的趋势。
5 结论
（1）校准器出口流速分布与流量有关，经过多项式拟合和积分可以求得其流量和平均流速。
（2）从与vmax的关系曲线看出，其趋势为单调递增，在vmax=0521m/s以上增幅趋于平缓。变化幅度较大，其值在0.4以上。
（3）根据与vmax的关系，可以通过测量vmax直接求得其对应的流量值。
（4）在lgRe与lg（）的关系曲线中显示与Re基本上呈分段指数分布。
（5）根据以上结果所建立的以空气校准器为主的校准系统可以用于小流量气体流量计的校准。它的精度较高，使用又十分方便，是校准小流量气体流量计的较好选择。
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