气体流量标准装置中气源系统流量的稳定性和精确性是保障对流量计进行规范检定和校准的基础。气体流量标准装置的流量控制方法有两种:一是直接改变风机转速(属变速调节)；二是改变管道通流面积的大小来改变流量(属非变速调节)。前者采用变频调速技术，后者一般是在管道上加装调节阀控制开度。分析和比较两种方法的特点，可以为气体流量标准装置中气源系统流量控制方法的选择提供依据。
一、气体流量标准装置介绍
1.装置概况
本文所述的气体流量标准装置归属内蒙古自治区计量测试研究院。该装置是以临界流文丘里喷嘴作为标准表的负压法气体流量标准装置，测量范围覆盖(1～5000)m3/h。气环真空泵组提供负压空气作为流通于装置的介质，通过标准表与被检表对介质同步的流量计量，实现对被检流量计的检定。装置工作时，介质流经前端检定管段、被检流量计、滞止容器(临界流文丘里喷嘴组位于其中)、缓冲容器、气环真空泵等最后排放到大气中，如图1所示。
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图1临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置简图
2.气源
该装置的气源部分为德国纳西姆公司生产的气环真空泵，其每个规格型号的实际使用流量范围相对较窄。泵工作时提供流体流量超出规定范围后可能造成气环泵损坏，特别是压力下限不能超载(泵内真空度不可过高)。设备安装调试后，气环真空系统在泵组流量组合时整体流量曲线出现断档。该装置的相关参数如表1所示。
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表1气环真空泵规格、功率及实际使用流量范围
3.标准流量计
该装置的标准流量计为临界流文丘里喷嘴。根据气体动力学原理，当气体通过该喷嘴时，其上、下游气流压力比达到某一特定范围的条件下，在喷嘴喉部形成临界流状态，气流达到最大速度(音速)且流速恒定。流过喷嘴的气体质量流量也达到最大值，且只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关，而不受其下游状态变化的影响。
二、变频调速技术控制流量
1.变频调速控制流量基本原理
采用变速调节技术，即通过改变泵的转速来改变泵的气体流量(即风量Q)。
泵的转速(即电机轴的转速)可由式(1)计算:
n=(1-s)60f/p(1)
式中:n——电机转速，r/s；s——电机转差率；f——交流电频，Hz；p——电机极对数。
由式(1)可知，若均匀地改变定子供电频率f，则可以平滑地改变电机转速，进而实现对风机气体流量的控制。
2.变频调速技术的特点
变频调速技术是目前广泛应用的一种调速方式，它的特点具体表现在以下几个方面:
(1)节能效果明显，能兼作启动设备。
(2)调节范围便于控制，调节准确度高。
(3)调速平滑性好，调速效率高。
(4)保护功能齐全，运行安全可靠，在生产过程中能获得最佳速度参数。
(5)变频器体积小，便于安装、调试，且维修方便。
(6)变频器的初始投资很高，是其应用于泵或风机调速中的主要障碍。
3.变频调速技术的实现
变频调速技术主要通过变频器来实现。变频器是变频调速系统的执行机构。对于本文所述气体流量标准装置，采用变频调速技术控制流量，如图2所示。
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图2气体流量标准装置控制简图(变频调速法)
三、调节阀控制流量
1.调节阀控制流量的基本原理
调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与相对开度之间的关系。数学表达式为:
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式中:Q/Qmax——相对流量；F——对应法则；L/Lmax——相对开度，即调节阀阀心某一位移与全开位移之比。
一般来说，改变调节阀阀芯的节流面积，便可以调节流量。通常调节阀有两种调节特性曲线:一种是直线特性，即调节阀的相对流量和相对开度之间成直线关系；另一种是对数特性，即单位行程变化引起流量变化与该点的相对流量成正比，此时调节阀的放大系数是变化的，它随着相对流量的增加而增大。
2.调节阀控制流量特点
(1)简易、可靠，调节装置的初始投资少。
(2)调节范围较大。
(3)调节阀门安装位置任意，结构简单，便于维修。
(4)对系统密闭性要求低，使控制系统具有较好的鲁棒性。
(5)在闭环系统控制中，易于实现过程自动化。
(6)能量损失大，不宜应用于大功率长期工作场合。
3.调节阀控制流量实现方法
调节阀控制流量需先计算出施加在电动调节阀上对应的电压或电流值，从工控机发出的电信号经D/A转换作用在电动调节阀上，控制电动调节阀的开度，从而达到控制流量的目的。对于本文所述气体流量标准装置为负压气泵的情况，可采用“进气分流”的方法。
在补气支路安装调节阀，泵总流量一定的情况下通过控制阀门开度来调节补气支路流量，当补气支路流量相对泵总流量较小时，可以保证检定段支路流体稳定性要求，具体如图3所示。
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图3气体流量标准装置控制简图(调节阀控制法)
四、流量控制方案的选择
由于气体流量标准装置在进行检定工作时，需要稳定准确的流量来准确反映被测流量计的性能，所以对流量控制的稳定性提出了较高的要求。因此，需对控制阀和变频调速这两种流量控制方案进行比较，选取一种更适合本系统的方案。
1.流量稳定性
在本装置中，气环泵对检定段通道供风，只要满足相应流量点音速喷嘴(标准表)能处于正常工作状态，即使其上、下游气流压力比达到某一特定范围即可，试验证明压力比在0.75～0.85之间喷嘴均可正常工作；另外，装置中设置滞止容器、出口容器(汇流管)、真空缓冲容器、挠性接头等部分，可以保障介质流动时的整体稳定性。其中，滞止容器和检定段管路的结构分别满足喷嘴和检定段管路的稳定性技术要求。基于音速喷嘴的优良特性和装置结构的合理安排，使得气源部分流量准确度要求可以有所降低，只需满足喷嘴工作条件和介质流动稳定即可。两种流量控制方法在闭环控制系统中都容易满足要求。
2.成本分析
由于该气体流量标准装置用途为计量检定，不会长期高功耗地工作，宜选择初始投资较少的调节阀来控制流量。虽然工作过程中会有一定能量的浪费，但是相对变频调速系统高额的初始投资而言，利用调节阀控制流量还是很经济的选择。
3.可行性分析
由于气环真空系统在泵组流量组合时整体流量范围出现断档(见表1)，限于气环泵应用流量范围要求，变频调速技术只能在泵流量范围内实现流量调节，因此无法解决断档的连接问题。采用“进气分流”的方法，通过调节补气支路的流量大小来控制检定支路的流量，可以实现流量覆盖(1～5000)m3/h，满足检定的要求。
综合以上几点，本装置的流量控制选用基于“进气分流”法的调节阀控制。