吴振一暴海霞汤文良厉龙任豪
（苏州市计量测试院，江苏苏州113195）
摘要：本文基于多喷嘴系统设计了一套风量罩校准装置，并介绍了装置的设计原理及基本结构。该装置结构简单、性能稳定、方便溯源，可以作为校准机构及国内外生产厂家的校准、调试、测试平台。
关键词：多喷嘴系统；风量罩校准装置；溯源；校准；工况；标况
中图分类号:TD772文献标识码：A国家标准学科分类代码：462.4239
DOI：11.15988/jkb1014-6941.2021.1.008
Aia Flow M c O c Automatic Calibration Device Based
on Mulh Nozzie System
WU Zhegyi BAO Haixia TANG Wenliavg LI Loag REN Hao
Abstraci:BaseS on the multi nozzle system,this pages desiggs a set of calibration device fos ais volume metes, ang introPuces the design principle ang basic stmeture of the device.The device has the agvvntagvs of simple stmc-turo,staple peWomiance ang cogvesient traceanility.It can be useS as a calibration,deSuaging ang testing platfown fos cnPbmtion institutions ang manafacturers at home ang aPmaP.
Keywords:multi nozzle system；ais C ow metes cVibmtion device;traceaPilito;cnPbmtion;wording congition;s t ang-ard congition
0引言
随着节能通风技术的不断发展，越来越多的建筑物需要对管道的送、回风量开展监测。如通风管道安装技术人员对建筑物风量系统的调整，检测机构对施工现场的检测、医药企业在生产过程中对空调送风量以及过滤器出风量的测试,1］供疾控环境卫生部门对于宾馆、酒店等公共场所的空调送风系统的检测等，当前，风量测量最普遍的方法有：直接风量测量和间接风量测量。2］间接测量方法是通过对风量口多点测量风速，得到平均风速，然后通过面积换算得到风量，该方法测量复杂、费时，且不同人员测量结果差异较大，现在很少使用；直接测量法是使用风量罩在风口，直接读出风量值。该方法对比于传统的风速仪测试手段，具有操作简单、精度高、读数快、测量直观、测量结果不受人员干扰影响、测试数据可存储等特点，被广泛应用于暖通空调、净化技术等行业。抽纸机
目前市场中的风量罩主要由以下为几个部分构成：电子显示表、纤维布风罩、流量测量装置、框架支撑杆其对于风量的测试原理主要有两种：一种是差压式测试方法，其流量测量装置为风量矩阵，通过可以测量风量矩阵前后的压差经过电子显示仪表显示出风量；另一种是热式传感器风速测量方法，即其流量测量装置为多点分布的热式风速传感器，通
作者简介：吴振一，工程师，主要从事洁净相关仪器设备的计量与检测工作。
过风速传感器计算该截面的平均风速再乘以风量罩
截面尺寸计算出风量。
基于风量罩的工作原理，本文主要介绍了一种对风量罩的风量可以进行自动校准的试验装置，重点介绍用多喷嘴系统对风量罩校准的方法。其装置采用了3个不同直径的喷嘴，主要技术指标如下:MPE：±1.4%；分辨率lii/h；流量范围(44〜厶。^)!^〃。
1校准装置的设计
H校准装置测量原理
流量测量装置选用的为长径喷嘴，选用中国建筑科学研究院生产的铝合金材质的长颈喷嘴；其流量计
算公式引用GB/41236-2217/ISO5841：2417《工业通风机用标准化风道性能试验中的多喷嘴流量测量系统，通过测量喷嘴上游管道大气压，温湿度及风量罩校准口大气压可以得到风量罩校准口的标况风量及实况风量。重力加速度的测量
倍速链组装线多喷嘴的空气质量流量q m按照式(1)计算：
铁触媒q m=3600x百(讹2)于槡9Pp(1)
式中一质量流量；kg/h；
疋)一一开启喷嘴直径的平方乘以各自流i=1
出系数之和；
£一一空气可膨胀系数；
A P一一喷嘴前后差压,Pa;
P”一一喷嘴上游的空气密度,kg/m3。
由于校准装置设计为每次只开启一个喷嘴，并将空气£空气可膨胀系数近似看作为1，可将上述公式简
化为式(2):
Re,=4.95d -— xl46(4) "(17.1+4.448T”)
式中：一一喷嘴直径,m；
T一一喷嘴上游温度,K。
对于式(1)〜式(3)中的喷嘴上游空气密度，计
算公式引用JJG431-2212《轻便三杯风向风速表》6J国家计量检定规程附录A中空气密度计算公式，如式(5):
31
p”=3.48383xH-3x*(P”-4.378He”)(6)式中:P一一喷嘴上游的气压,Pa;
T—喷嘴上游的温度,K；
H-—喷嘴上游的湿度，用小数表示;
e”一一T温度下的饱和水蒸汽分压力,Pa。
其中T温度下的饱和水蒸汽分压力e”按照式洗水
(6)计算：
e=%.e(AT+BT+C+D(6)
式中：=lPa;
A、B、C、D—一常数。
其值如下:
A=1.2378847xl4_5K_0
B=-1.9121316xlO^K-
C=33.93711047
D=-6•3431645x147K
因许多风量罩有标况实况显示，故通过对校准
装置出风口的大气压进行检测，以喷嘴上游的温湿度作为校准装置出风口的温湿度，通过密度换算的方式得到出风口的标况和实况。计算公式如下：
%=3604乂咖2于3瓦(2)
式中：％——喷嘴进口处的实况质量流量,2u/h；«i一一开启喷嘴的流出系数；
—
—开启喷嘴的直径,m。
其中流出系数S可按式(3)计算:
a.=\4•9996_/644+1344
l
式中：忌”为喷嘴的气体雷诺数。
可按式(4估算:
式中:0”一一实况体积风量,n^/h;
Q0---标况体积风量,li/h;
p d一一校准装置出风口空气密度，按照式(5)、式(6)计算,ku/m7;
p0---标况空气密度,kg/m3。
由于各个风量罩厂家的对标况设定不同，需要去详细查询。如：法国KIMO公司生产的风量罩和
(3)
石棉布规格苏州苏净仪器生产的风量罩，设定的标况为/个标准大气压,4°C，标况空气密度应为6202kg/m3；美国TSI公司的风量罩和日本KANOAMX公司生产风量罩，设定的标况为：1个标准大气压,20C，标况空气密度为6245ky/ni3。⑹
1.2校准装置的结构及工作原理
本装置结构设计如图1所示，实物如图2所示，装置采用开放式矩形风道设计，避免了圆形管道到矩形管道需要设计变径对风量的影响。管道出风口截面为（554X554）mm，略小于风量罩的布罩的矩形采样口，正好让风量罩完整盖住出风口，校准装置出风口边缘粘帖橡胶密封条，靠压力使风量罩与校准装置出风口之间密闭，具体形式如图3所示。
离心风机喷嘴组均流网均流网被校风量仪
图1风量罩校准装置结构示意图
图2风量罩校准装置实物图
图3风量罩安装图
校准装置主要由风机变频器单元、空气流量测量段、计算机控制系统、空气均流段等装置组成。为保证喷嘴箱内气流均匀分布，使用开孔率为44%的均流器（多孔板）在喷嘴前后安装，用50mm、150mm、225mm三个直径的喷嘴来测量流量。为保证喷嘴压差的准确测量，喷嘴选择采样人工开合的方式控制。喷嘴的排列严格按照G//T1236-2216/ISO5341：2417《工业通风机用标准化风道性能试验》的要求，采样内置式环形静压3x4开孔设置。静压测孔在喷嘴前后（33±6）mm处。⑴
1.5校准装置使用的仪器仪表
喷嘴前后压差测量采用量程为（4〜2504）Pa，精度为4.45级的微压变送器，型号为ST804，生产厂家为霍尼韦尔；温湿度计采样为E+E公司生产；大气压采用绝压变送器测量，以上设备均为模拟信号输出。
装置采用了台达变频器及离心风机，使用下位机三菱PLC采集温湿度及大气压，及微压变送器模拟信号。通过PIE方式控制变频风机使之达到预设的风量，由于空气密度计算涉及到指数计算,PLC无法完成该项任务，故需要此项工作由上位机完成，上位机采用La/VIEW软件开发校准程序，采用RS232采集被检测风量罩读数。具体界面如图4所示。
图4风量罩校准装置软件主界面
2校准装置的流量运行及标定
2.1校准装置的运行
当今市面上风量罩测量范围一般在（44〜5004）m3/h之内，如TSI公司8334风量罩测量范围（42〜4254）m3/h；KIMO公司D/M614型风量罩测量范围（44〜SSOO）m3/h a KANOMAX
公司风量罩测
量范围(4。~4002)m9/h；苏净公司FLY-1型风量罩测量范围(119~4002)m9/h；FLY-lB型风量罩测量范围(80~4922)m3/h；苏信净化设备厂风量罩测量范围(100~3590)m3/h，故校准装置(4。~ 5000)m3/h
的测量范围可完全满足当今市场需求。鉴于喷嘴流量计的测量范围，设定(4。~152)m9/h 流量范围使用59mm喷嘴;(159~3502)m9/h流量范围使用159mm喷嘴;(3500~5002)m9/h使用229mm喷嘴。平时常用流量范围为(359~3502)m5/h，采样多点流出系数修正的方式进行校准，在(4~159)m5/h及(3500-SUM/h非常用的流量范围内采用流出系数线性拟合曲线方式进行修正。
2.9喷嘴流量计的标定
风量罩校准装置的流量主要基于喷嘴流量计测得，故可以通过对喷嘴流出系数的标定对整个装置进行流量修正。再通过本院流量标准管道分别对59mm、150mm、225mm三个直径的喷嘴进行校准，所得数据及拟合曲线如表1所示。
表1喷嘴流出系数表(流量单位:m3/h)
1#90mm喷嘴
标准流量409100159
喷嘴流量349191142
流出系数 1.111 1.122 1.102 1.061
2#159mm喷嘴
标准流量19020059110001591
喷嘴流量1421924799351531
流出系数 1.661 1.139 1.145 1.179r.987标准流量2012900300035914111
3#225mm喷嘴
标准流量3591400045915001喷嘴流量3398394144914975流出系数 1.631 1.115 1.111 1.015
3结论
本文采用多喷嘴系统风量罩校准装置具有结构简单、稳定性好、软件操作界面简单明了。喷嘴流量计及微压计等均可拆卸送检，方便溯源。该装置完全可以满足当今市场上风量罩的校准需要，同时也可作为国内风量罩生产企业的调试平台、测试平台。
图559mm喷嘴拟合曲线
图6159mm喷嘴拟合曲线
标准流量(m!/h)
喷嘴流量(m!/h)
图9225mm喷嘴拟合曲线
参考文献
[1]赵丹，李永，王甲生，等•风量罩测试试验台的开发与应用[]•制冷与空调,2114,21(25)：299〜209.
[2]王成凤，王智超•风量罩罩体选择及摆放对测量的影响[]•低温建筑技术,2114,t22)：116~118.
[3]龚磊，詹娇，陈风华，等•风洞装置校准风量仪不确定度分析[]•工业计量,21r9,(25)：C2~77.
[4]GB/T1236-2017《工业通风机用标准化风道性能试验》S]
[5]JJG431-2114《轻便三杯风向风速表检定规程》[S].
[6]龚中字，陈风华，邓小远，等•基于长颈喷嘴为标准的吸入吹出式风量罩校准装置的研制[J].中国科技成果,2119216)：19〜
22.
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