GB/T 14513.2-2019 气动 使用可压缩流体元件的流量特性测定 第2部分：可代替的测试方法

ICS23.100.01

J20

G昌

中华人民共和国国家标准

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

使用可压缩流体元件的流量

气动

特性测定

第2部分：可代替的测试方法

Pneumaticfluidpower-Determinationofflow-ratecharacteristicsofcomponents

usingcompressiblefluids-Part2:Alternativetestmethods

CISO6358-2:2013,IDT)

2019-10-17发布2020-05-01实施

国家市场监督管理总局申舍

中国国家标准化管理委员会也W

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

目次

前言…………………．．．．．．．．．田

引言……………………N

1毡围－

2规范性引用文件…………………2

3术语和定义………………2

4符号和单位………………2

5测试设备…………………2

6测试程序…………………7

7测试结果表述……………12

8标注说明（引用本部分）…………………13

附录A（资料性附录）测量不确定度评定………………N

附录B（规范性附录）确定和校准等温气罐容积的测试方法…………18

附录c（资料性附录）等温气罐填充……………………n

附录D（资料性附录）确定等温性能的测试方法………m

附录E（资料性附录）流量特性的计算方程…………..………….27

附录F（资料性附录）采用MiscrosoftExcel中求解器函数通过最小二乘法计算临界背压比b和

亚声速指数m…………………m

参考文献………………·…………….33

I

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

目。昌

GB/T14513《气动使用可压缩流体元件的流量特性测定》分为以下3个部分：

一一第1部分：稳态流动的一般规则和试验方法；

第2部分：可代替的测试方法；

第3部分：系统稳态流量特性的计算方法。

本部分为GB/T14513的第2部分。

本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本部分使用翻译法等同采用ISO63582:2013《气动使用可压缩流体元件的流量特性测定第

2部分：可代替的测试方法》。

与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：

GB/T786.l2009流体传动系统及元件图形符号和回路图第1部分：用于常规用途和数

据处理的图形符号CISO12191:2006,IDT)

一－GB/T14513.1-2017气动使用可压缩流体元件的流量特性测定第1部分：稳态流动的

一般规则和试验方法CISO6358-1:2013,IDT)

GB/Tl74462012流体传动系统及元件词汇CISO5598:2008,IDT)

本部分由中国机械工业联合会提出。

本部分由全国液压气动标准化技术委员会CSAC/TC3）归口。

本部分起草单位：国家气动产品质量监督检验中心、北京航空航天大学、浙江亿日气动科技有限公

司、宁波佳尔灵气功机械有限公司、宁波索诺工业自控设备有限公司、宁波利达气功成套有限公司。

本部分主要起草人：石岩、刘丽娇、路波、任车利、单军波、毛信强、夏家永。

mM

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

号｜

在气动系统中，动力是通过闭合回路中压缩空气来传递和控制的。构成回路的元件，对气流具有固

有的阻力，因此，需要定义和确定其流量特性，来描述它们的性能。

ISO6358:1989是基于收缩喷嘴模型提出的，用于确定气动阀门的流量特性。该方法包括两个特

征参数：声速流导C和临界压力比b，用于提出的流动特性数值逼近法计算。该方法是基于静压的测试

结果描述气功阀门的流动特性，范围涵盖从塞塞流到亚声速流动。新版本ISO63582:2013考虑到气

体流动速度对压力测量的影响，使用滞止压力替代原静压。

经验表明，许多具有收缩”扩张特性的气动阀门与ISO6358:1989中的模型井不能很好地吻合。此

外，除气功阀门以外的气动元件也需要应用本方法。然而，对于噩塞流和亚声速流动区域，现在需要使

用4个参数（C,b,m和A户c）来定义流动特性。

GB/T14513的本部分描述了从测试结果中得到的一组三个流量特征参数。这些参数按照其优先

级递减顺序描述如下：

一一声速流导C是最重要的参数，它对应于最大流量（塞塞流）。该参数由上游滞止条件确定。

一一临界背压比b，代表塞塞流和亚声速流的分界点，是第二重要的参数。它的定义不同于

TSO6358:1989中的临界压力的定义，它表征的是下游滞止压力与上游滞止压力之比。

亚声速指数m，在必要时能更准确地表示亚声速流动特性。对于具有固定流道的元件，m值

约在0.5左右。在此情况下，只需用C和b两个特征参数表示。对于其他元件，m变化范围很

大，需要确定C、b和m值。

为了克服明显违反可压缩流体理论的情况，本部分对测试设备做了一些改变。包括增大进口压力

测量管，以满足测试过程中忽略进口速度的假设条件，并允许直接测量上游滞止压力。增大出口测量管

用来直接测量下游滞止压力以满足不同的气功元件。元件中上游潇止压力和下游滞止压力的差值说明

存在压力损失。

结合GB/T14513的本部分或GB/T14513.l2017所得到的任一元件和管道的流量特性参数，

ISO6358-3可以在不用测量的情况下计算出由元件和管道组成的一个整体的流量特性参数的估算值。

本部分规定的放气试验方法和充气试验方法，眼GB/T14513.1-2017规定的方法相比，具有如下

优点：

不需要大容量的气源；

测试大流量元件更容易；

一一能量消耗最小；

放气试验的测试时间缩短，并且充气试验的噪声喊小。

宜指出，根据本部分测试获得的特征参数不同于依据ISO6358:1989所测试获得的特征参数。

且「

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

气动使用可压缩流体元件的流量

特性测定第2部分：可代替的测试方法

1范围

GB/T14513的本部分规定了一种放气测试和充气测试作为可代替的测试方法，用于使用可压缩

流体元件的流量特性测定。

本部分规定了测试设备、测试程序及测试结果表述的要求。

本部分适用于具有固定或可变内部流道的气动元件。

本部分不适用于使用过程中流量特性不稳定的元件，例如，表现出明显迟浦行为的元件（因为它们

包含弹性部分会在流动过程中发生变形）或者具有内部反馈的元件（如：J戚压阀）或者需有开启压力的元

件（如：单向阀和快速排气阀）。此外，本部分也不适用于在流量测量过程中与流体进行能量交换的元件

（如：气缸、蓄能器等）。GB/T14513测试方法在各种元件中的应用见表1。

注：本部分未规定具有迟滞性能的元件的流量特性测试方法，GB/T14513.l规定了测试方法。

表1GB/T14513测试方法在各种元件中的应用

用于恒定的上游压力的测试用于可变的上游压力的测试

GB/T14513.lGB/T14513.l

元件GB/T14513.2GB/T14513.2

恒定的上游可变的上游

充气测试放气测试

压力测试压力测试

是是

方向控制阀

是是

流量控制阀是是是是

是是

接头是是

第一组

阀组是是是是

元件组是是

是是

过滤器和油雾器是否否

否

单向阅是

否否否

第二组

快速排气阀是否否

否

管路、硬管和软管是

否

否否

是

消声器和排气端泊雾分离器否否是

喷l嘴

第三组是是

否否

气缸端盖是

否否是

充气测试不适用于下游端口没有连接件的元件。

附录A给出了测量不确定度的评定方法。附录B给出了等温气罐容积测试方法的要求。附录C

给出了等温气罐填充的指导。附录D给出了等温性能测试方法的要求。附录E给出了计算流量特性

方程的指导。附录F给出了计算流量特性的指导。

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

IS01219-l流体传动系统和元件图形符号和回路图第1部分：常规用和数据处理用图形符

号（Fluidpow巳rsyst巳msandcomponentsGraphicalsymbolsandcircuitdiagramsPart1:Graphical

symbolsforconventionaluseanddataprocessingapplications)

ISO5598流体传动系统和元件词汇（Fluidpowersyst巳msandcomponents-Vocabulary)

ISO6358-1气动使用可压缩流体元件的流量特性测定第1部分：稳态流动的一般规则和试

验方法（PneumaticfluidpowerDeterminationofflowratecharacteristicsofcomponentsusingcom

pressiblefluidsPart1:Generalrulesandtestmethodsforsteadystateflow)

3术语和定义

ISO5598和ISO63581界定的术语和定义适用于本文件。

4符号和单位

4.1符号和单位应符合ISO6358-1和表2的规定。

表2符号和单位

量纲a

章条号名称符号SI单位

实用单位

5.5.2时间tTss

5.4.3气罐容积v扛13dm3

"T：时间；L：长度。

4.2符号所用数字下标应符合ISO6358-1和表3的规定。

表3下标

下标含义

3气罐状态

4.3图1与图2中所用图形符号应符合ISO12191的规定。

5测试设备

警示：如图1与图2所示的基本回路，未包括必要的安全装置，负责测试的人员务必充分考虑人身

与设备的安全。

5.1放气测试回路

放气测试回路如图1所示，当被测元件没有下游端口时，见5.3.50

z

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

5

4

23p3

日

注：测试回路的主要元件见表40

图1放气测试回路

5.2充气测试回路

充气测试回路如图2所示。

5

68910γm4

P2

p,

171318

P3

日

注：测试回路的主要元件见表4。

图2充气测试回路

表4图1与图2中所示测试回路的主要元件

主要元件编号章条号附加要求

名称

15.3.2气源和过滤器

2减压阀

3截止阀

454

气罐

3

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

表4（续）

主要元件编号章条号附加要求

名称

5温度测量’仪

65.3.7上游压力测量管

75.3.7上游转换接头

8被测元件

95.3.7下游转换接头

105.3.7下游压力测量管

115.3.10压力传感器

125.3.10压力传感器

本方向控制阀的声速流导应为测试元

13

5.3.4和5.3.9方向控制电磁阅（可选）

件的4倍以上

14

气压计

15

数据记录仪

165.3.10压力传感器

17吸气口

18

真空泵

5.3一般要求

5.3.1在测试回路中应按照制造商的操作说明安装和操作被测元件。

5.3.2对于放气测试，应安装一个被测元件制造商指定过滤精度的过滤器。

5.3.3应采用符合表4要求的元件搭建测试装置。元件1～8、11和14～16是放气测试所必需的。元

件3～12和14～18是充气测试所必需的。

5.3.4如果被测元件上无控制机构来控制气流通断，则在压力测量管6的上游安装方向控制电磁

阅130

5.3.5在放气测试中，当被测元件没有下游端口时，不需要元件9、10和12。特殊说明见6.2.3.30

5.3.6应尽可能缩短放气测试中气罐4和上游压力测量管6之间的距离，或应尽可能缩短充气测试中

气罐4和下游压力测量管10之间的距离。在图1和图2中，截止阀3和方向控制电磁l词13（如果使用

方向控制电磁阀13）之间，或者截止阀3和被测元件8（如果不使用方向控制电磁阀13）之间的所有元

件和管路的容积应计入到气罐容积之中。

5.3.7压力测量管6和10、转换接头7和9应符合TSO6358-1的要求。因是测量气罐内的温度，故无

须在压力测量管上有温度测量连接。

5.3.8宜在有液体积聚的地方安装排水装置。

5.3.9方向控制电磁阀13的切换时间应足够短，以减少测试数据采集开始时的切换时间。

5.3.10当连接压力测量仪器时，应尽可能减小连接管路的容积，以避免测量时响应时间过长、延迟和

相位滞后。

5.4气罐要求

5.4.1结构

气罐结构见图3，表5给出了气罐的主要组成元件。出气口的尺寸应符合表6的要求。

4

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

气罐的高度与其直径之比不应超过2:L

出气口与气罐内表面的接合处应呈渐缩形，以避免压力损失。出气口以外的连接口的尺寸和布置

由测试操作人员确定。

46

b

说明：

a测量口（温度和压力h

b进气口；

c出气口。

图3气罐结构

表5气罐的主要元件

主要元件编号名称注释

1

端盖

z

罐体

3密封垫片

4

法兰连接件（螺栓和螺母）至少6件，均匀分布

5金属网见5.4.Z

6填充材料见5.4.2

7

排水阀

5

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

表6出气口的螺纹规格

气自在容积V

甥、纹规格

盯13

V三三00025G1/8

0.0025<V<0.0063G1/4

0.0063<V<0.014G3/8

0.014<V<0.032G1/2

0.032<V<0.066G3/4

0.066<V<0.100G1

O.lOO<V<0.190G11/4

0.190<v<0.310G11/2

0.310<v<0.510G2

0.510<v<0.730G21/2

0.730<V<L100G3

5.4.2填充材料

填充材料用于减少空气的温度变化，应具有抗腐蚀性和抗压性，并应均匀地分布在气罐内。如果使

用铜丝作为填充材料，则等效直径为3×10-5m~5×10-5m的铜丝应以3×102kg／旷的填充密度填

充在气罐内。

注：等效直径是指把非圆形横截面积的直径假设相当于为圆形横截面积的直径。

填充材料应使用金属网包裹以防止其从出气口流出，并采用适宜的框架支撑结构以防止其在气罐

内部发生沉积。相关信息参见附录C。

5.4.3容积

气罐容积按式(1）计算：

V二三5×105c..(1)

式中：

C一一被测元件预估的声速流导值，单位为立方米每秒帕〔m3/(s•Pa)(ANR）］。

注1：气罐容积为空气罐容积减去填充材料的容积得到的净容积值。

注2：附录B给出了确定气罐容积的试验方法。

5.5特殊要求

5.5.1ISO6358-1中5.6给出的特殊要求适用于本部分。

5.5.2数据记录仪应根据式（2）或式（3）设置压力采样的时间间隔，在放气测试或者充气测试期间，应

在气罐压力主要变化区间内采集约1000个压力数据点。

对于放气试验：

6.t=2.5×io-sv/C•.(2)

对于充气试验：

6.t=1.5×108V/C•.(3)

6

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

式中：

6.t压力采样的时间间隔，单位为秒（s);

c被测元件预估的声速流导值，单位为立方米每秒帕〔旷／（s•Pa)(ANR)];

v气罐容积，单位为立方米（m3）。

5.5.3在放气测试或者充气测试气罐压力扣的主要变化区间内，如果记录的压力数据点数不足1000个，

则应根据需要减小压力采样时间间隔，并重复测试。

气罐压力户3的主要变化区间开始于打开电磁阀13的时间。

气罐压力扣的主要变化区间结束于气罐压力扣达到总压降的98%的时间。

6测试程序

6.1测试条件

6.1.1测试流体

6.1.1.1测试流体应采用空气。如选用其他气体，应在试验报告中注明。

6.1.1.2气体应过滤且符合被测元件制造商推荐的条件。

6.1.2检查

定期检查取压孔，确保无液体残留或固体颗粒堵塞。

6.1.3测量

6.1.3.1每一组测试读数均应待气罐内的温度和压力达到稳态条件后方可记录。压力和温度的指示变

化应不超出表7中的“最大允许误差”。

6.1.3.2压力和温度参数的测量准确度应符合表7的规定。

表7各项参数的测量准确度和最大允许误差

参数测量参数准确度最大允许误差

容积±1%

时间±1%

上游压力土0.5%土1%

下游压力±0.5%±1%

气罐压力±0.5%±1%

温度土lK±3K

6.1.3.3在测试过程中，应确保各元件固定不动，以保证被测元件流道内的流动状态保持稳定。

6.2测试程序

6.2.1发布产品样本等级的测试要求

如果数据用于发布产品样本等级，则从随机的生产批量中至少选出5个测试单元作为一个样本，并

应按照下述程序进行测试。

7

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

6.2.2测量程序的选择

应根据本部分的范围选择6.2.3或6.2.4中所述程序。

6.2.3放气测试（见图1)测量程序

6.2.3.1将减压阀2的压力设定为700kPa（绝对压力），打开截止阅3，给气罐4充气并保持充气状态，

直至气罐的温度和压力达到稳定状态。

6.2.3.2关闭截止阀3，采用压力传感器16测量初始压力队，采用气罐内的温度测量仪5测量初始温

度T3，采用气压计14测量大气压力。

6.2.3.3打开被测元件8或者电磁阀13，使气罐4向大气放气。在放气过程中，采用压力传感器16、11

和12分别测量气罐内压力扣，上游压力户I5f日下游压力扣，并且采用数据记录仪15记录其数值，见图4。

如果下游连接器无法连接到被测元件，测量大气压力作为下游压力如。

y

x

b

说明：

工时间；

y一一压力；

1上游压力；

2下游压力；

3气罐内压力，

4大气压力；

a一一塞塞流区域；

b亚声速流区域。

注：虚线表示当电磁阀13用于启动测试时的上游压力户Io但如果被测元件能自行转换以启动测试，上游压力户l

则从最大值开始。

图4放气过程中气罐内的压力晌应

6.2.4充气测试（见图2）测量程序

6.2.4.1使用真空泵将气罐4内压力降低至约2kPa（绝对压力），然后关闭截止阀3，使气罐处于此状

态，直至气罐内压力达到稳态条件。采用压力传感器16测量初始压力扣，采用气罐内温度测量仪5测

量初始温度丑，采用气压计14测量大气压力。

8

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

6.2.4.2打开被测元件8或电磁阀13，使大气向气罐内充气。在充气过程中，采用压力传感器16、11和

12分别测量气罐内压力扣、上游压力ρI和下游压力扣，并且采用数据记录仪15记录其数值，见图50

y

4

b

x

说明：

工一一一时间；

y一一压力，

1上游压力；

2一一下游压力；

3气罐内压力，

4大气压力；

a塞塞流区域，

b亚声速流区域。

注：虚线表示当电磁阀13用于启动测试时的上游压力户1。但如果被测元件能自行转换以启动测试，上游压力户1

则从最大值开始。

图5充气过程中气罐内的压力晌应

6.3特性计算

6.3.1声速流导C

6.3.1.1气罐内压力p3的平滑处理

通过式（4）进行计算，以21点移动平均值法来平滑处理气罐内原始压力数据。

p'3(j)＝去；三：ρ川.(4)

式中：

ρ＇3(j）一一经过移动平均法处理后的气罐内绝对压力，单位为帕（Pa)(j=11,12,…A10);

ρ3（仆气罐内绝对压力，单位为帕CPa)(i=l,2，…，η）；

n一一放气测试或充气测试中测量的压力点数。

6.3.1.2流导特性曲线

在放气测试（见图4）或充气试验（见图5）的测量区域内，根据式（5）或式（6）计算每个1值的流导

GB/T14513.2-2019/ISO6358-2:2013

c。图7或图8描述了流导与背压比的关系。

对于放气试验：

V（ρI3(j10）一户13(j+!O))

ce(j)..(5)

20ρ］（j)Rρ06.t汀τT;

对于充气试验：

V（ρ13(j+IO）一ρI3(j10))

ce(j)•.(6)

20p](j)Rp0t::.t厅汁：

式中：

ce(j)被视rj元件的流导，单位为立方米每秒帕［m3/(s•Pa)(ANR)](j=21,22,…,n20);

ce(j）数据构成见图6;

ρJ(j)上游绝对压力，单位为帕（Pa);

ρ＇3(j一川经过平滑处理后前第10点的气罐内绝对压力，单位为帕CPa);

ρ＇3(j＋川经过平滑处理后后第10点的气罐内绝对压力，单位为帕CPa);

v气罐容积，单位为立方米（m3);

R一一气体常数，单位为焦每千克开尔文［JICkg•K)]［空气：R=287J/(kg•K)];

ρ。标准参考大气压的空气填充密度，单位为千克每立方米（kg/m3);

丁。一一在标准参考大气压下的绝对温度，单位为开尔文（K);

T3气罐开始放气时气罐内的绝对瘟度，单位为开尔文（K);

6.t一－5.5.2中确定的压力采样的时间间隔，单位为秒（s）。

10