摘要：主要討論了采用比對(duì)法對(duì)液體流量計(jì)進(jìn)行在線校準(zhǔn)的過(guò)程，分析其在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，受工作條件、環(huán)境變化而產(chǎn)生的誤差因素的影響，經(jīng)過(guò)不確定度的分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，達(dá)到滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。

 

在石油、化工、水電等工礦部門，對(duì)液態(tài)流體流量的檢測(cè)已成為貿(mào)易交接和工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的重要組成部分。而各種檢測(cè)流量的電磁、渦輪、差壓、容積和質(zhì)量等流量計(jì)都需要將其傳感器安裝在管內(nèi)，不僅不便于拆卸，而且有的受工況（無(wú)法停車）和流體性質(zhì)（有毒、有腐蝕性、易爆及帶放射性）的影響根本無(wú)法拆卸。因此，如何對(duì)越來(lái)越多的大管徑、大流量的液體流量計(jì)進(jìn)行在線校準(zhǔn)，成為一個(gè)意義重大亟待解決的問(wèn)題。

 

1 校準(zhǔn)方法

 

1.1 校準(zhǔn)條件

一般情況下，超聲波換能器的安裝位置應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)管段上游直管段不小于15倍管徑長(zhǎng)度，下游直管段不小于10倍管徑長(zhǎng)度。對(duì)水泵、半開(kāi)閥門等嚴(yán)重?cái)_流件，應(yīng)保證前后各30倍管徑長(zhǎng)度直管段。電磁流量計(jì)本體可視為直管段。標(biāo)準(zhǔn)管段及流量計(jì)傳感器法蘭密封墊不能阻礙流體。

 

環(huán)境溫度、大氣相對(duì)濕度、大氣壓力應(yīng)符合使用要求，外界磁場(chǎng)、機(jī)械振動(dòng)應(yīng)小到對(duì)流量計(jì)影響可忽略不計(jì)的程度。管道中應(yīng)充滿水且不含有氣泡。

 

對(duì)于200mm以下（含200mm）管道，校準(zhǔn)前應(yīng)對(duì)超聲波流量計(jì)進(jìn)行零點(diǎn)檢驗(yàn)設(shè)定。

 

1.2 校準(zhǔn)操作

 

1.2.1 被檢流量計(jì)工作狀態(tài)檢查

根據(jù)流量計(jì)使用說(shuō)明書(shū)要求，檢查確定流量計(jì)是否正常工作。根據(jù)流量計(jì)檢定**或出廠校驗(yàn)單，檢查轉(zhuǎn)換器中影響計(jì)量準(zhǔn)確度關(guān)鍵參數(shù)的輸入是否正確。具備停流條件的管道，檢查流量計(jì)的零點(diǎn)流量。

 

1.2.2 超聲波流量計(jì)的安裝

超聲波流量計(jì)串聯(lián)安裝在流量計(jì)上游側(cè)或下游側(cè)。用量具分別在換能器安裝位置附近的同一截面上大致等角分布測(cè)量n次外直徑，或測(cè)量n次外周長(zhǎng)推算出外直徑，其平均值D按式（1）計(jì)算。

式（1）中：n—測(cè)量次數(shù)，n≥4；

Di—*i點(diǎn)測(cè)得的管道外直徑或推算出的外直徑。

 

在換能器安裝位置均布5個(gè)點(diǎn)，使用測(cè)厚儀測(cè)量管道壁厚，并取其平均值.對(duì)無(wú)法測(cè)量的參數(shù)，如管道材質(zhì)、襯里材料、厚度等，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)資料查明并確認(rèn)。將以上管道參數(shù)輸入標(biāo)準(zhǔn)表內(nèi)，得出換能器安裝距離L。在標(biāo)準(zhǔn)管段上劃線定位，以便準(zhǔn)確地安裝。也可用坐標(biāo)紙剪成寬為L(zhǎng)的長(zhǎng)條，圍在管壁上，使紙長(zhǎng)等于周長(zhǎng)，然后對(duì)折，定出換能器的位置。也可參照使用說(shuō)明書(shū)推薦的方法執(zhí)行。

 

清理已定安裝位置附近的管壁（比換能器約大一倍的面積），將管壁上的油漆、鐵銹、污垢等清除干凈，露出金屬。在換能器表面均勻涂以耦合劑，將換能器上標(biāo)志對(duì)準(zhǔn)安裝位置，使其發(fā)射面與管壁緊密接觸.用緊固件將換能器固定在管道上。將換能器信號(hào)傳輸電纜連接到轉(zhuǎn)換器上。按要求將信號(hào)調(diào)試到*佳狀態(tài)。

 

1.2.3 流量計(jì)計(jì)量性能校準(zhǔn)

 

1.2.3.1 示值誤差

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定校準(zhǔn)流量點(diǎn)，每個(gè)流量點(diǎn)校準(zhǔn)3次。現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法調(diào)節(jié)流量時(shí)可以采用在不同的時(shí)段進(jìn)行校準(zhǔn)。流量點(diǎn)一般選則1～3個(gè)。

 

每次校準(zhǔn)時(shí)，同時(shí)讀取并記錄流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)表的示值。若讀取的數(shù)值為瞬時(shí)值，則至少讀取20個(gè)數(shù)值，取其平均值；若讀取的數(shù)值為累積值，則應(yīng)保證大于*小讀數(shù)的1000倍或讀取至少20min的累積值。

 

流量計(jì)每個(gè)流量點(diǎn)每次校準(zhǔn)的相對(duì)示值誤差按式（2）計(jì)算。

式（2）中：qij——*i流量點(diǎn)*j次校準(zhǔn)時(shí)的流量計(jì)示值（瞬時(shí)值或累積值）；

（qs）ij——*i流量點(diǎn)*j次校準(zhǔn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)表示值（瞬時(shí)值或累積值）。

 

1.2.3.2 重復(fù)性

式（3）中：n——*i流量點(diǎn)的校準(zhǔn)次數(shù)，n≥3；

Ki——按類同式（1）計(jì)算；

Kij——按式（4）計(jì)算。

 

2 不確定度分析

 

2.1 數(shù)學(xué)模型：

式（5）中：q——被校流量計(jì)示值（瞬時(shí)值或累積值）；

qs——標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)示值（瞬時(shí)值或累積值）。

式（6）中：vi——聲道上線平均流速；

K——流速分布修正系數(shù)；

d——管道內(nèi)徑。

 

2.2 各不確定度分量：

標(biāo)準(zhǔn)表示值qs的不確定度

測(cè)量管徑d的不確定度

（管徑測(cè)量誤差為δ，按矩形分布考慮）。

 

重復(fù)性Er的不確定度ur（Er），將各流量點(diǎn)中重復(fù)性*大值代入，cr（Er）=1。

平均示值誤差E圖片不確定度：

式中：Ei—*i流量點(diǎn)的平均示值誤差；

E—所有流量點(diǎn)的平均示值誤差。

靈敏系數(shù)

由于溫度、壓力和直管段等影響相對(duì)較小，忽略其不確定度的影響。

2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度：

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ucr按下式計(jì)算。

擴(kuò)展不確定度Ur=k·ucr，k=2.

 

3 比較和結(jié)論

近幾年來(lái)，通過(guò)一系列的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，利用上述方法對(duì)液體流量計(jì)進(jìn)行在線的校準(zhǔn)，取得了比較可信的結(jié)果。表1顯示了對(duì)不同口徑規(guī)格的電磁流量計(jì)進(jìn)行在線校準(zhǔn)的示值誤差結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定結(jié)果的比較情況：

通過(guò)上述數(shù)據(jù)的對(duì)比，我們可以得出以下結(jié)論：對(duì)同**量計(jì)，在線校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)室檢定得到的誤差結(jié)果符號(hào)完全一致，說(shuō)明兩種測(cè)量方法的結(jié)果是一致的；兩種測(cè)量結(jié)果的*大差值也在1％左右以內(nèi)，符合不確定度評(píng)定的要求，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用對(duì)液體流量計(jì)誤差的需要。