CN100447537C - 动态传递型容量检定系统及检定方法 - Google Patents

Abstract

一种动态传递型容量检定系统，包括与被检容器相连的液体输送管道(1)；尤其是所述液体输送管道(1)中串接有标准体积管(2)和流量计(3)。一种动态传递型容量检定方法，尤其是该方法包括以下步骤：C、流量计计量相对平稳段流量；体积管内活塞触发下游光电开关时，计算机开始对流量计脉冲计数；体积管内活塞继续下行到下止点，并停留在该位置；本步骤包括：C1、设定水位限M；C2、检测当前水位，若达到水位限M，则执行步骤D；C3、流量计(3)计量流量并向检定控制装置(41)发送计量脉冲；执行分步骤C2。本发明通过自动化的检定液体加注计量手段，省去大量重复的人工操作，可有效提高检定效率，大大降低工作强度、缩短检定时间、保证检定准确度。

Description

动态传递型容量检定系统及检定方法

技术领域

本发明涉及流量计量检定技术和仪器仪表系统，特别涉及计量过程中，高精度计量仪器现场实时向次一级计量仪器传递或校正计量结果的检定系统和方法。

背景技术

船舶液货计量舱、汽车罐车、油罐等是石油和化工产品贸易结算的主要计量器具之一，对其容量的准确快速检定，直接关系到贸易交接双方的经济利益和计量仲裁的公正和声誉。随着我国市场化的深入，对计量的要求也越来越高，这首先反映在(需计量的)量的增加，量的增加就必然需要对传统检定方法进行改进，以达到快速检定和计量的目的。当然，计量的最基本要求是准确。

上述容器检定目前采用的主要方法有两种，几何测量法和容量比较法。几何测量法就是采用钢尺和激光经纬仪等测量工具对容器内外进行直接测量，然后根据其形状计算出容积表。容量比较法则是以水其他合适的液体为介质，用标准量器与被检量器进行比较的检定方法。几何测量法适合对规则形状量器的检定，而容量比较法则适合非规则量器和中小容量量器的检定。

在实际的检定中，很大一部分容器是非规则形状的，或者由于容器内存在各种难于几何测量的附件而成为非规则形状的。从检定的准确度要求来说，非规则形状量器需要采用容量比较法进行检定。

现有技术中，容量比较法是一种直接的检定方法。这种方法的操作过程是，先将检定用液体加注到标准量器，然后读取并记录标准量器中的液体温度、标准量器的壁温、标准量器中的液体容量值，之后将标准量器中的液体排入被检量器中，待标准量器中的液体排尽后，再进行下一次相同的加注排出过程。一次或几次加注排出过程后，紧接着测量并记录被检量器中的液体温度、被检量器的壁温、被检量器中的液体高度等数据，如此循环直至检定结束。这些过程只能人工手动完成。

可以看出，采用容量比较法进行容器检定是一项很繁重和细心工作。如对一艘中型液货船舶进行检定，一般需要几个月时间才能完成，产生的数据量在一万个左右。

很显然，容器检定的容量比较法存在以下不足：检定时间长、工作强度大；一般在室外作业，长检定周期中检定环境的变化容易影响检定的准确度；存在大量重复过程，容易出现错误。因此，现有技术无法解决在较短时间内、以较小的工作强度完成容量的检定，无法在室外恶劣多变的检定环境中保证容器容量鉴定的准确度，也无法在人工大量重复的操作过程中避免人为错误。

发明内容

本发明为克服现有技术容量比较法存在的手工重复工作所带来的各种弊端，提出一种容量检定的动态传递技术，通过自动化的检定液体加注计量手段，省去大量重复的人工操作，可有效提高检定效率，大大降低工作强度、缩短检定时间、保证检定准确度。

本发明要解决的技术问题是，在室外作业，长检定周期中检定环境的变化对检定准确度的影响；

本发明所采取的技术方案是：

提出一种动态传递型容量检定系统，包括与被检容器相连的液体输送管道；尤其是所述液体输送管道中串接有标准体积管和流量计。

本发明进一步要解决的技术问题是，在人工大量重复操作过程中难免存在错误。

本发明进一步所采取的技术方案是：

提出一种动态传递型容量检定系统，还包括与所述体积管和流量计相连的处理控制单元；所述体积管是活塞式体积管。

本发明在步骤上要解决的技术问题是，在相对漫长的计量过程中，流量计的准确度会变化或漂移，因而影响整个鉴定结果的准确度。

本发明在步骤上所采取的技术方案是：

一种动态传递型容量检定方法，尤其是该方法包括以下步骤：

C、流量计计量相对平稳段流量；

体积管内活塞触发下游光电开关时，计算机开始对流量计脉冲计数；体积管内活塞继续下行到下止点，并停留在该位置；本步骤包括以下分步骤：

C1、设定水位限M；

C2、检测当前水位，若达到水位限M，则执行步骤D；

C3、流量计3计量流量并向检定控制装置41发送计量脉冲；执行分步骤C2。

采用本发明后所能获得的有益效果是：和传统的容器检定手段相比，采用动态传递技术可提高工效数十倍；自动化程度高，大大降低了操作人员的劳动强度；检定时间压缩到传统检定方法所需时间的十分之一以内；只需要很少的人工数据记录，减少或消除了人为错误。

附图说明

图1是流量计的k系数图；

图2是流量范围较大时流量计的k系数图；

图3是流量范围较小时流量计的k系数图；

图4是流量计的流量范围无穷小时流量计的k系数图；

图5是本发明动态传递型容量检定系统实现原理图；

图6是船舶舱容检定系统实施例图；

图7是铁路槽车容量检定系统实施例图。

具体实施方式

以下结合附图详述本发明的实施例。

一种动态传递型容量检定系统，包括与被检容器相连的液体输送管道1；尤其是所述液体输送管道1中串接有标准体积管2和流量计3。

所述动态传递型容量检定系统还包括与所述体积管2和流量计3相连的处理控制单元4；

所述体积管2可以是活塞式体积管。

所述动态传递型容量检定系统还包括串接于输送管道1上的电动阀门5以及消气过滤器6。所述消气过滤器6接在体积管前。

所述处理控制单元4包括检定控制装置41和与之双向连接的数据处理装置42。

一种动态传递型容量检定方法，该方法包括以下步骤：

C、流量计计量相对平稳段流量；

体积管内活塞触发下游光电开关时，计算机开始对流量计脉冲计数；体积管内活塞继续下行到下止点，并停留在该位置；本步骤包括以下分步骤：

C1、设定水位限M；

C2、检测当前水位，若达到水位限M，则执行步骤D；

C3、流量计3计量流量并向检定控制装置41发送计量脉冲；执行分步骤C2。

该检定方法还包括以下步骤：

A、计量体积管开阀前准备；

将体积管活塞提升到上止点，并与链条脱钩。提升阀关闭，活塞静止的停留在上游光电开关前某一位置，光栅尺检测该位置作为活塞起始位置并记录下来，发出开阀信号；

B、计量体积管开阀并计量上升段流量；

注液调节阀开启，活塞下行，调节阀开启完毕流速上升到最大，活塞继续下行，触发下游光电开关。计算机计算开阀段容积，即活塞起始位置与下游光电开关之间的容积；

D、计量体积管关阀准备；

此时体积管启动提升机构。活塞被提升上行，到达上止点后与链条脱钩；脱钩后活塞开始往下游运动，触发上游光电开关，并给出关阀命令，计算机同时停止对流量计脉冲的计数；

E、计量体积管关阀并计量下降段流量；

调节阀接收关阀命令，开始关阀，活塞在关阀过程继续下行；关阀分两阶段进行，第一阶段，调节阀动作，关至设定的微小开度处，使流量变小，活塞缓慢下行；第二阶段，计算机监测本次注水量；在注水量到达预定值时，完全关闭调节阀；关阀完毕，活塞停止下行，并终止在某一位置；光栅尺检测活塞的终止位置，并由计算机计算关阀段容积，即上游光电开关与活塞终止位置之间的容积；

F、数据处理装置计算总容量；

总容量＝开阀段容量+平稳段流量十关阀段容量。

实用中，容量检定的动态传递技术的原理如下：

流量计的准确度问题。假定在流量范围Qmin到Qmax内，流量计的流量系数k的曲线如图1所示，则在Qmin到Qmax的流量范围内，流量计的性能指标可用下式表示：

流量计的线性度E_L：

$E_L=\±\frac{k_{i\max }-k_{i\min }}{k_{i\max }+k_{i\min }}\×100\%$ ……………………………

式中：k_imax-----Q_min到Q_max的流量范围内各流量点k系数中的最大值

k_imin------Q_min到Q_max的流量范围内各流量点k系数中的最小值

其中涉及到三个参数：

一是流量计的基本误差δ：

$\mathrm{\δ}=\±\sqrt{E_s^2+E_L^2}\×100\%$ ………………………………

式中：E_s用于检定流量计的流量标准的误差

根据流量计检定规程，若流量标准的误差E_s不超出被检流量计基本误差限的1/3时，可忽略E_s项。在实际的应用中，流量标准的误差都能满足不超出被检流量计基本误差限的1/3的要求，此时称流量计的线性度同基本误差等同。

二是流量计的重复性E_r：

$E_r=\max [\frac{1}{k_i}\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(k_{\mathrm{ij}}-k_i)}^2}\×100\%]$ …………

式中：n为第i个流量点的检定次数

k_ij为第i个流量点的第j次标定的流量系数

k_i为第i个流量点平均的流量系数

三是流量计的准确度E：

E＝max(δ，3E_r)………………………………………

流量准确度由流量计的基本误差(一般等同于线性度)和重复性来确认，具体为取流量计的基本误差和3倍流量计重复性指标的较大者。

提高流量计准确度。根据流量计的准确度定义，系由其线性度和重复性共同决定。而流量计的重复性是其本质特性，一般是一个固定的值。如果我们选用或针对一种重复性指标很高的流量计，如涡轮流量计或刮板流量计，这种情况下，可以通过提高流量计的线性度的方法来提高流量计的准确度。

图2和图3演示了提高流量计的线性度的途径。

对比两图可以看出，当流量范围减小时，流量计k系数(k_imax-k_imin)也相应减小，因而由公式计算得到的线性度指标也减小，即提高了线性度。

本发明所述的动态传递法，可以通过减小流量范围，可以提高流量计的准确度。如果将流量计的流量范围降到无穷小，即变成一个流量点时，流量计的线性度就等于零，如图4所示。这时，由公式计算的流量计的基本误差δ为：

$\mathrm{\δ}=\±\sqrt{E_s^2+E_L^2}\×100\%=\±\left|E_s\right|\×100\%$

式中，Es为用于检定流量计的流量标准的误差。

上式说明，如果我们用一台重复性指标很高的流量计同精密的流量标准配合，流量标准实时地对流量计进行在线标定，那么可以认为流量计的工作流量范围为0，因此其线性度EL等于0，其基本误差就是流量标准的基本误差，这种提高流量计的准确度的方法称为动态传递法。

上式也说明，动态传递法实质上就是将流量标准的高精度传递给流量计。

动态传递型容量检定系统的实现如图5所示。采用动态传递技术组成的流量计量系统由四部分组成，其中最关键的是流量标准和流量计，这几部分分别是：

流量标准部分采用活塞式标准体积管，其重复性为E_sr＝0.02％。

流量计部分，对流量计的要求是重复性指标高，一般可使用涡轮流量计、刮板流量计等。

处理控制部分由控制单元、电脑和软件组成。它负责系统的控制、操作设定、数据处理等。

流体处理及流量控制部分8，包括液源、消气过滤器、电动调节阀、配电单元等。

采用动态传递技术对容量的检定，是按照定液位和定量方式工作的。检定方式可以有手动和半自动两种。进入被检量器的液量由流量计计量，计量系统中的流量计在控制阀门的控制下，处于计量和停止运行的循环之中，其停止运行的条件是达到规定液位或规定的液量。在完成有关数据的采集和输入后，流量计又进入下一个计量过程，如此周而复始直至一个被检量器检定结束。

在一个流量计的计量过程中，检定介质经过消气过滤器6、体积管2、流量计3、控制阀门5等进入需要检定的被检量器。根据程序设定的时间间隔和方式，标准体积管2定期对流量计3进行标定，每一次标定都得出该流量计当前工况的流量系数。该流量系数实时地应用于流量计当前阶段的流量计算。

检定结束后，检定控制软件将采集和输入的各种数据，按照规程的要求进行处理，然后打印出高度容积表、检定证书等。和传统的利用标准量器进行检定的方式相比，该方法可以提高工效数十倍。

动态传递法中，涉及流量计的测量不确定度，其分量有如下几种：

流量计的测量A类标准不确定度u1， $u_1=\frac{1}{k}\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(k_i-k)}^2}\×100\%$

其中，n为动态传递实时流量点下流量标准对流量计的检定次数

k_j为动态传递实时流量点下流量标准对流量计的第j次检定的流量系数

$k=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_j}{n}$ 是目前流量点的k系数。

u₁实际上就是流量计的重复性。

流量计不带配套仪表一起检定时引起的流量测量不确定度u₂，动态传递法标定是将配套仪表一起检定的，因此u₂＝0。

流量计检定和使用的流体条件不同时引起的流量测量不确定度u₃，由于动态传递法是一种在线实时实液检定，因此u₃＝0。

数据采集和处理不确定度引起流量测量不确定度u₄和流量标准合成不确定度u₅。

可见，流量计的合成标准不确定度流量计的合成标准不确定度u为

由于u₂＝0，u₃＝0，则 $u=\sqrt{u_1^2+u_4^2+u_5^2}.$

因此，流量计的扩展不确定度U为U＝ku，

按95％的置信水平，取k＝2，则

$U=2\sqrt{u_1^2+u_4^2+u_5^2}$

以下为船舶舱容检定系统实施例。

船舶仓容检定系统图见图6。系统由液源、流量计量、检定控制和配电等部分组成。

液源部分主要包含自吸离心泵、消气过滤器、压力调节阀、管道和附件等。

自吸离心泵用于水的抽取，为计量系统供给检定介质。消气过滤器的作用是保证供水的含气、含杂满足体积管和流量计的运行要求及容器检定的要求。压力调节阀负责整个系统压力控制的执行，当系统出口的流量控制阀关闭时，压力调节阀一般处在较大开度，以保证压力的稳定和下一次计量过程的正常开始。

流量计量部分由活塞式标准体积管、高重复精度刮板流量计、电动调节阀等组成。

刮板流量计是船舱容积检定的容量计量工作标准，它输出的每一个脉冲均代表一定的(水体积)量，因此，只要将切换装置导向船舱期间的流量计脉冲数累积起来，就能计算出进入船舱的水量。刮板流量计输出的每一个脉冲所代表的量称为脉冲当量系数，或叫流量计的k系数，其值通过标准体积管对刮板流量计的检定来确定。

因为流量计的k系数确认过程中，体积管和流量计处于同一个工况，即相同介质、相同温度和压力、相同流量，因此，体积管能将其高准确度传递给刮板流量计。

检定控制部分由检定控制单元、电脑和软件组成。它负责系统的控制、操作设定、数据处理等。

配电单元向各部分用电设备供电，同时也是水泵的操作和保护单元。系统中，除水泵为380Vac供电外，其他仪表和设备的供电压为220Vac或直流。

为了消除调节阀开启和关闭的过程中产生的流量误差，本系统采用体积管对调节阀开启和关闭的过程做同步计量，本发明的关键步骤如下：

开阀前准备。将体积管活塞提升到上止点，并与链条脱钩。提升阀关闭，活塞静止的停留在上游光电开关前某一位置，光栅尺检测该位置作为活塞起始位置并记录下来，发出开阀信号；

开阀过程。注液调节阀开启，活塞下行，调节阀开启完毕流速上升到最大，活塞继续下行，触发下游光电开关。计算机计算开阀段容积(活塞起始位置与下游光电开关之间的容积)。

流量计计数。触发下游光电开关时，计算机开始对流量计脉冲计数。体积管内活塞继续下行到下止点，并停留在该位置，等待关阀前准备命令。

关阀前准备。当流量计计数到达预定提前量时，进入关阀前准备。此时体积管启动提升机构。活塞被提升上行，到达上止点后与链条脱钩。脱钩后活塞开始往下游运动，触发上游光电开关，并给出关阀命令，计算机同时停止对流量计脉冲的计数。

关阀。调节阀接收关阀命令，开始关阀。活塞在关阀过程继续下行。关阀分两阶段进行。第一阶段，调节阀动作，关至设定的微小开度处，使流量变小，活塞缓慢下行。第二阶段，计算机监测本次注水量。在注水量到达预定值时，完全关闭调节阀。关阀完毕，活塞停止下行，并终止在某一位置上。光栅尺检测活塞的终止位置，并由计算机计算关阀段容积(上游光电开关与活塞终止位置之间的容积)。

注水容积计算。注水容积＝开阀段容积+流量计累积容积+关阀段容积

铁路槽车容量检定系统实施例见图7。系统的组成和关键操作步骤基本相同，但针对的是铁路槽车的检定。

Claims (8)

1、一种动态传递型容量检定系统，包括与被检容器相连的液体输送管道(1)；其特征在于：所述动态传递型容量检定系统还包括：标准体积管(2)、流量计(3)、处理控制单元(4)、电动阀门(5)和消气过滤器(6)；

其中，

所述标准体积管(2)和所述流量计(3)与所述液体输送管道(1)串联连接；

所述处理控制单元(4)与所述标准体积管(2)和所述流量计(3)连接；

所述电动阀门(5)和所述消气过滤器(6)与所述液体输送管道(1)串联连接；

所述处理控制单元(4)包括检定控制装置(41)和与之双向连接的数据处理装置(42)。

2.根据权利要求1所述动态传递型容量检定系统，其特征在于：所述标准体积管(2)为活塞式体积管。

3、一种动态传递型容量检定方法，其特征在于，所述动态传递型容量检定方法包括以下步骤：

A：所述标准体积管(2)进行开阀前准备；

B：所述标准体积管(2)开阀并计量上升段流量；

C：所述标准体积管(2)计量相对平稳段流量；

C1、设定水位限M；

C2、检测当前水位，若达到水位限M，则执行步骤D；

C3、通过所述流量计(3)计量流量并向所述检定控制装置(41)发送计量脉冲；执行分步骤C2；

D：所述标准体积管(2)进行关阀准备；

E：所述标准体积管(2)关阀并计量下降段流量；

F：根据所述开阀段容量、所述平稳段流量和所述关阀段容量计算总容量。

4.根据权利要求3所述动态传递型容量检定方法，其特征在于：所述步骤A具体为：将所述标准体积管活塞提升到上止点，并与链条脱钩，提升阀关闭，所述活塞静止的停留在上游光电开关前某一位置，光栅尺检测该位置作为活塞起始位置并记录下来，发出开阀信号。

5.根据权利要求3所述动态传递型容量检定方法，其特征在于：所述步骤B具体为：注液调节阀开启，活塞下行，调节阀开启完毕流速上升到最大，活塞继续下行，触发下游光电开关，计算开阀段容积，即活塞起始位置与下游光电开关之间的容积。

6.根据权利要求3所述动态传递型容量检定方法，其特征在于：所述步骤D具体为：此时所述标准体积管(2)启动提升机构，活塞被提升上行，到达上止点后与链条脱钩；脱钩后活塞开始往下游运动，触发上游光电开关，并给出关阀命令，计算机同时停止对流量计脉冲的计数。

7.根据权利要求3所述动态传递型容量检定方法，其特征在于：所述步骤E具体为：调节阀接收关阀命令，开始关阀，活塞在关阀过程继续下行；关阀分两阶段进行，第一阶段，调节阀动作，关至设定的微小开度处，使流量变小，活塞缓慢下行；第二阶段，计算机监测本次注水量；在注水量到达预定值时，完全关闭调节阀；关阀完毕，活塞停止下行，并终止在某一位置；光栅尺检测活塞的终止位置，并由计算机计算关阀段容积，即上游光电开关与活塞终止位置之间的容积。

8.根据权利要求3所述动态传递型容量检定方法，其特征在于：所述步骤F中所述总容量＝开阀段容量+平稳段流量+关阀段容量。

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