CN102840898B - 体积修正仪示值误差校准标准装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种体积修正仪示值误差校准标准装置及使用方法，包括智能流量计，恒温箱及其恒温控制器，温度和压力标准装置，标准频率发生器以及电脑。恒温箱内安装有温度传感器和风扇，箱底支架上设有带温度测试孔盲板和带压力测试孔盲板，两个盲板间连接流量基表。体积修正仪的温度和压力传感器与温度和压力标准装置共同感受流量基表内同一介质的温度和压力。体积修正仪经导线与标准频率发生器连接。假定燃气组分和脉冲当量，设定温度、压力条件下，向体积修正仪输入工况流量脉冲信号后，得到标况累积流量的显示值，与电脑依据国标算法求出的同样工况下理论值相比较，得出示值误差。本发明使校准工作易于实施，校准结果不确定度小。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体计量仪器的计量标准装置及使用方法，特别是涉及一种采用比较法校准天然气体积修正仪标准参比条件下累积体积流量示值误差的体积修正仪示值误差校准标准装置及使用方法。
背景技术
体积修正仪是安装在流量基表上，配置有温度传感器和压力传感器，并接收来自流量基表的脉冲信号，用一定数学模型计算出标准参比条件下累积体积流量（简称标况累积流量），并显示、存储和传输流量数据的装置。体积修正仪的温度传感器、体积修正仪的压力传感器、体积修正仪和流量基表相互连接构成整体智能流量计。
体积修正仪温度传感器和压力传感器与基表的组装结构型式上，进口产品和国产的存在不同。对这两种体积修正仪进行校准工作，传统技术是必须拆下安装在流量基表上的温度和压力两个传感器，用相应的标准装置对温度和压力两个传感器分别进行校准。
进口体积修正仪的温度通常封装在金属外壳内，通过螺纹连接方式置于流量基表上，压力传感器有的封装在金属外壳内，通过螺纹连接方式置于流量基表上，有的封装在体积修正仪内，通过导压管与置于流量基表上的螺纹接头连接，结构形式均比较容易拆卸和进行校准。进口体积修正仪的标况累积流量的示值误差校准通常采用分部法进行：即对温度传感器、压力传感器和流量积算仪三部分示值误差分别校准。国产体积修正仪照理也可采用分部法进行校准工作，但国产体积修正仪的校准没有国家规程、规范和标准可依据，且国产体积修正仪的温度、压力传感器恰恰内置于流量基表内，很难拆卸，使得国外现有的校准方法不适用国产的体积修正仪。
分部法虽然能够对体积修正仪进行校准，但是比较繁琐。这种繁琐还造成校准过程中影响不确定度的因素增多，导致校准结果不确定度较大。且分部法对温度示值误差、压力示值误差是分时分段在不同时间里分别进行校准的，因此无法将压力传感器计量性能随温度漂移对压力示值误差的影响检测出来。另外，国产体积修正仪还由于难于拆卸以及校准依据标准的缺失，气体流量计的检定/校准主要针对流量基表，对负责温度、压力、压缩因子修正的体积修正仪的计量准确度则很少关注。
发明内容
本发明的一个目的是给出一种能将体积修正仪连同流量基表整体不拆卸的在同一时间内对体积修正仪整体进行校准，校准时影响不确定度的因素少，计量准确、操作简便的体积修正仪示值误差校准标准装置及使用方法。
本发明的目的是能够实现的。本发明体积修正仪示值误差校准标准装置包括由体积修正仪的温度传感器、体积修正仪的压力传感器、体积修正仪和流量基表相互连接构成整体的智能流量计以及电脑，其特征在于：所述体积修正仪示值误差校准标准装置设置有一个恒温箱，所述恒温箱的箱体内壁上安装有若干个恒温箱的温度传感器和若干个风扇，所述恒温箱的箱体底面上设有支架，所述支架上设有带温度测试孔的盲板和带压力测试孔的盲板，所述带压力测试孔的盲板的压力测试孔上连接有气体管路，所述气体管路密封地穿过所述恒温箱与压力标准装置连接，所述压力标准装置通过气体管路经调压阀与气源连接，所述带温度测试孔的盲板的温度测试孔中设有一个标准温度传感器，所述标准温度传感器一端连接有电导线，所述电导线密封地穿过所述恒温箱与温度二次仪表连接，所述带温度测试孔的盲板和带压力测试孔的盲板之间连接所述智能流量计的流量基表，所述流量基表左腔与所述带压力测试孔的盲板的压力测试孔连通并插接有通过电导线连接在体积修正仪上的体积修正仪的压力传感器，所述体积修正仪的压力传感器与压力标准装置共同感受所述流量基表内腔的同一个介质压力，所述流量基表右腔插接有通过电导线连接在体积修正仪上的体积修正仪的温度传感器和所述标准温度传感器的另一端，所述体积修正仪的温度传感器与标准温度传感器共同感受所述流量基表内腔的同一个介质温度，所述每个恒温箱的温度传感器通过各自的测温导线均与恒温箱控制器连接，所述体积修正仪通过电导线与标准频率发生器连接。
2、根据权利要求1所述的体积修正仪示值误差校准标准装置，其特征在于：所述恒温箱的温度传感器在所述恒温箱内均布，所述风扇在所述恒温箱内均布。
3、一种体积修正仪示值误差校准标准装置的使用方法，其特征在于方法中包括以下步骤：
步骤1、将智能流量计的流量基表两端法兰分别与带温度测试孔的盲板和带压力测试孔的盲板连接，体积修正仪的温度传感器应处在带温度测试孔的盲板一侧，将标准温度传感器插入带温度测试孔的盲板上的温度测试孔，通过气体管路将压力源、调压阀、压力标准装置与带压力测试孔的盲板连接，在确保气路密封后将流量基表安置在支架上；
步骤2、通过电导线：将标准温度传感器与温度二次仪表连接，将标准脉冲发生器与体积修正仪的脉冲输入接口连接；
步骤3、确定压缩因子计算方法采用的国标类别，依据GB/T 17747.2《天然气压缩因子的计算第2部分：用摩尔组成进行计算》需向电脑（20）的计算程序输入设定的甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、CO2、N2、H2等燃气摩尔分数值；依据GB/T 17747.3《天然气压缩因子的计算第3部分：用物性值进行计算》则需向电脑的计算程序输入设定的燃气高位发热值、相对密度和CO2、H2的摩尔分数值；
步骤4、将设定为一个定值的脉冲当量a和数量为N的脉冲数输入到电脑的计算程序中，将设定为一个定值的脉冲当量a输入到体积修正仪中；
步骤5、根据体积修正仪工作温度范围和工作压力范围确定校准的温度点为Tmin、T i和Tmax；校准的压力点为Pmin、P i和Pmax；依次在各个压力点和温度点组合成的不同工况下，对体积修正仪标况累积流量示值误差进行校准。
步骤6、进行第一工况条件点校准
6.1、通过恒温箱控制器设定恒温箱的温度为Tmin，通过压力标准装置设定流量基表内气体压力为Pmin，经过一段时间后，温度二次仪表所显示的流量基表内气体温度示值与恒温箱控制器上显示的恒温箱温度示值在规定时间内不应超过规定的波动值，并且保持稳定；
6.2、记录体积修正仪标况累积流量示值的初值Vb1和工况体积流量示值的初值Vg1，由标准脉冲发生器向体积修正仪输入个数为N、脉冲当量为a的脉冲，输入完毕停止，读取并记录体积修正仪标况累积流量示值的末值Vb2和工况体积流量示值的末值Vg2，Vb2减去Vb1即得出标况累积流量显示值Vg，Vg2减去Vg1即得出工况累积流量显示值Vg，将标准频率发生器发出的脉冲数N与脉冲当量a之积与体积修正仪显示的工况累计流量示值Vg进行对比，二者应一致，否则数据作废，并应检查本装置，确认无故障后重新校准；
6.3、将步骤6.2时温度二次仪表所显示的流量基表内气体温度示值和压力标准装置显示的压力值输入至电脑的计算程序中，计算出标况累积流量的理论值V0，比较显示值V＇与理论值V0，得标况累积流量示值误差E1。
步骤7、进行其他压力点和温度点的校准，设定恒温箱的温度值，通过压力标准装置设定流量基表内气体压力值，每次调整变化经过一段时间后，直至标准温度传感器与温度二次仪表构成的温度标准装置所显示的流量基表内气体温度示值与恒温箱控制器上显示的恒温箱内各个恒温箱的温度传感器测量的温度示值在规定时间内不超过规定的波动值，并且保持稳定，待稳定后重复步骤6，依次计算出标况累积流量的理论值，比较各个显示值与对应理论值，分别得出其他工况下标况累积流量示值误差。
本发明体积修正仪示值误差校准标准装置及使用方法与现有技术不同之处在于本发明体积修正仪示值误差校准标准装置设置了恒温箱，在温度、压力为设定值的工况条件下，设定脉冲当量、天然气摩尔组分或物性值，并向体积修正仪输入代表工况流量信号的脉冲信号后，体积修正仪通过信号采集和程序计算可得标况累积流量的显示值，将此过程中温度标准装置和压力标准装置的示值以及相同的脉冲当量、天然气摩尔组分或物性值输入电脑，利用依据国家标准编制的计算程序求得标况累积流量的理论值，比较上述标况累积流量的显示值与理论值，就可求得体积修正仪标况累积流量的示值误差，校准过程简单，影响校准不确定度的因素较少，导致校准结果的不确定度也较小。
下面结合附图对本发明的体积修正仪示值误差校准标准装置及使用方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明体积修正仪示值误差校准标准装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，由体积修正仪的温度传感器12、体积修正仪的压力传感器14、体积修正仪13和流量基表18相互连接构成整体的智能流量计以及电脑20，其特征在于：所述体积修正仪示值误差校准标准装置设置有一个恒温箱9，所述恒温箱9的箱体内壁上安装有若干个恒温箱的温度传感器8和若干个风扇17，所述恒温箱9的箱体底面上设有支架19，所述支架19上设有带温度测试孔的盲板10和带压力测试孔的盲板15，所述带压力测试孔的盲板15的压力测试孔上连接有气体管路2，所述气体管路2密封地穿过所述恒温箱9与压力标准装置6连接，所述压力标准装置6通过气体管路2经调压阀3与气源1连接，所述带温度测试孔的盲板10的温度测试孔中设有一个标准温度传感器11，所述标准温度传感器11一端连接有电导线，所述电导线密封地穿过所述恒温箱9与温度二次仪表4连接，所述带温度测试孔的盲板10和带压力测试孔的盲板15之间连接所述智能流量计的流量基表18，所述流量基表18左腔与所述带压力测试孔的盲板15的压力测试孔连通并插接有通过电导线连接在体积修正仪13上的体积修正仪的压力传感器14，所述体积修正仪的压力传感器14与压力标准装置6共同感受所述流量基表18内腔的同一个介质压力，所述流量基表18右腔插接有通过电导线连接在体积修正仪13上的体积修正仪的温度传感器12和所述标准温度传感器11的另一端，所述体积修正仪的温度传感器12与标准温度传感器11共同感受所述流量基表18内腔的同一个介质温度，所述每个恒温箱的温度传感器8通过各自的测温导线16均与恒温箱控制器7连接，所述体积修正仪13通过电导线与标准频率发生器5连接。
恒温箱的温度传感器8在恒温箱9内均布。风扇17在恒温箱9内均布。
本发明的数学模型：
气体状态方程: 
⑴ 得
⑵
式中：
V0——标况累积流量理论值；
P——压力标准装置显示的工况压力；
T——温度标准装置显示的工况温度；
Z——工况压缩因子；
P0——标况压力，即101325Pa；
T0——标况温度，即293.15K；
Z0——标况压缩因子；
N——脉冲数；
a——脉冲当量。
式中：
Vg——体积修正仪标况累积流量的示值；
E——标况累积流量示值误差。
本发明原理为：向体积修正仪13设定一定的脉冲当量、天然气摩尔组分或物性值，按照图1所示安装相关的设备，并确保气路密封。通过恒温箱控制器7设定需校准的温度点，同时通过压力标准装置6设定需校准的压力点，经过一段时间后流量基表18内的气体介质温度与压力达到了设定值，并且保持稳定平衡状态。向体积修正仪13输入脉冲值，其工况累积流量增加的值等于接收的脉冲数与脉冲当量之积，其标况累积流量示值也相应增加。将此时温度二次仪表4显示的温度值、压力标准装置6显示的压力值、与输入体积修正仪13相同的脉冲当量、脉冲数、天然气摩尔组分或物性值输入安装了国家标准计算程序的电脑20中，算出标况累积流量的理论值。比较体积修正仪13累积流量示值与理论值，求得其示值误差值。
本发明的体积修正仪示值误差校准标准装置的使用方法步骤如下：
步骤1、将智能流量计的流量基表18两端法兰分别与带温度测试孔的盲板10和带压力测试孔的盲板15连接，体积修正仪的温度传感器12应处在带温度测试孔的盲板10一侧，将标准温度传感器11插入带温度测试孔的盲板10上的温度测试孔，通过气体管路2将压力源1、调压阀3、压力标准装置6与带压力测试孔的盲板15连接，在确保气路密封后将流量基表安置在支架19上；
步骤2、通过电导线：将标准温度传感器11与温度二次仪表4连接，将标准脉冲发生器5与体积修正仪13的脉冲输入接口连接；
步骤3、确定压缩因子计算方法采用的国标类别，依据GB/T 17747.2《天然气压缩因子的计算第2部分：用摩尔组成进行计算》需向电脑20的计算程序输入设定的甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、CO2、N2、H2等燃气摩尔分数值；依据GB/T 17747.3《天然气压缩因子的计算第3部分：用物性值进行计算》则需向电脑20的计算程序输入设定的燃气高位发热值、相对密度和CO2、H2的摩尔分数值；
步骤4、将设定为一个定值的脉冲当量a和数量为N的脉冲数输入到电脑20的计算程序中，将设定为一个定值的脉冲当量a输入到体积修正仪13中；
步骤5、根据体积修正仪13工作温度范围和工作压力范围确定校准的温度点为Tmin、T i和Tmax；校准的压力点为Pmin、P i和Pmax；依次在各个压力点和温度点组合成的不同工况下，对体积修正仪13标况累积流量示值误差进行校准。
步骤6、进行第一工况条件点校准
6.1、通过恒温箱控制器7设定恒温箱9的温度为Tmin，通过压力标准装置6设定流量基表18内气体压力为Pmin，经过一段时间后，温度二次仪表4所显示的流量基表18内气体温度示值与恒温箱控制器7上显示的恒温箱9温度示值在规定时间内不应超过规定的波动值，并且保持稳定；
6.2、记录体积修正仪13标况累积流量示值的初值Vb1和工况体积流量示值的初值Vg1，由标准脉冲发生器5向体积修正仪13输入个数为N、脉冲当量为a的脉冲，输入完毕停止，读取并记录体积修正仪13标况累积流量示值的末值Vb2和工况体积流量示值的末值Vg2，Vb2减去Vb1即得出标况累积流量显示值Vg，Vg2减去Vg1即得出工况累积流量显示值Vg，将标准频率发生器5发出的脉冲数N与脉冲当量a之积与体积修正仪13显示的工况累计流量示值Vg进行对比，二者应一致，否则数据作废，并应检查本装置，确认无故障后重新校准；
6.3、将步骤6.2时温度二次仪表4所显示的流量基表18内气体温度示值和压力标准装置6显示的压力值输入至电脑20的计算程序中，计算出标况累积流量的理论值V0，比较显示值V＇与理论值V0，得标况累积流量示值误差E1。
步骤7、进行其他压力点和温度点的校准，设定恒温箱9的温度值，通过压力标准装置6设定流量基表18内气体压力值，每次调整变化经过一段时间后，直至标准温度传感器11与温度二次仪表4构成的温度标准装置所显示的流量基表18内气体温度示值与恒温箱控制器7上显示的恒温箱9内各个恒温箱的温度传感器8测量的温度示值在规定时间内不超过规定的波动值，并且保持稳定，待稳定后重复步骤6，依次计算出标况累积流量的理论值，比较各个显示值与对应理论值，分别得出其他工况下标况累积流量示值误差。
本发明的有益效果是：使用本发明体积修正仪示值误差校准标准装置对体积修正仪13标况累积流量示值误差进行校准可以免除拆卸温度压力传感器，使校准工作易于实施；与分部校准法相比，整个校准过程中影响结果不确定度的因素较少，使得校准结果不确定度较小，校准结果更加可靠；本发明真实地模拟了现场使用中温度、压力传感器的使用工况，校准结果可以反映压力传感器性能随温度变化发生漂移的情况，与分部校准法相比更科学合理。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种体积修正仪示值误差校准标准装置，包括由体积修正仪的温度传感器（12）、体积修正仪的压力传感器（14）、体积修正仪（13）和流量基表（18）相互连接构成整体的智能流量计以及电脑（20），其特征在于：所述体积修正仪示值误差校准标准装置设置有一个恒温箱（9），所述恒温箱（9）的箱体内壁上安装有若干个恒温箱的温度传感器（8）和若干个风扇（17），所述恒温箱（9）的箱体底面上设有支架（19），所述支架（19）上设有带温度测试孔的盲板（10）和带压力测试孔的盲板（15），所述带压力测试孔的盲板（15）的压力测试孔上连接有气体管路（2），所述气体管路（2）密封地穿过所述恒温箱（9）与压力标准装置（6）连接，所述压力标准装置（6）通过气体管路（2）经调压阀（3）与气源（1）连接，所述带温度测试孔的盲板（10）的温度测试孔中设有一个标准温度传感器（11），所述标准温度传感器（11）一端连接有电导线，所述电导线密封地穿过所述恒温箱（9）与温度二次仪表（4）连接，所述带温度测试孔的盲板（10）和带压力测试孔的盲板（15）之间连接所述智能流量计的流量基表（18），所述流量基表（18）左腔与所述带压力测试孔的盲板（15）的压力测试孔连通并插接有通过电导线连接在体积修正仪（13）上的体积修正仪的压力传感器（14），所述体积修正仪的压力传感器（14）与压力标准装置（6）共同感受所述流量基表（18）内腔的同一个介质压力，所述流量基表（18）右腔插接有通过电导线连接在体积修正仪（13）上的体积修正仪的温度传感器（12）和所述标准温度传感器（11）的另一端，所述体积修正仪的温度传感器（12）与标准温度传感器（11）共同感受所述流量基表（18）内腔的同一个介质温度，所述每个恒温箱的温度传感器（8）通过各自的测温导线（16）均与恒温箱控制器（7）连接，所述体积修正仪（13）通过电导线与标准频率发生器（5）连接。
2.根据权利要求1所述的体积修正仪示值误差校准标准装置，其特征在于：所述恒温箱的温度传感器（8）在所述恒温箱（9）内均布，所述风扇（17）在所述恒温箱（9）内均布。
3.一种体积修正仪示值误差校准标准装置的使用方法，其特征在于方法中包括以下步骤：
步骤1、将智能流量计的流量基表（18）两端法兰分别与带温度测试孔的盲板（10）和带压力测试孔的盲板（15）连接，体积修正仪的温度传感器（12）应处在带温度测试孔的盲板（10）一侧，将标准温度传感器（11）插入带温度测试孔的盲板（10）上的温度测试孔，通过气体管路（2）将压力源（1）、调压阀（3）、压力标准装置（6）与带压力测试孔的盲板（15）连接，在确保气路密封后将流量基表安置在支架（19）上；
步骤2、通过电导线：将标准温度传感器（11）与温度二次仪表（4）连接，将标准脉冲发生器（5）与体积修正仪（13）的脉冲输入接口连接；
步骤3、确定压缩因子计算方法采用的国标类别，依据GB/T 17747.2《天然气压缩因子的计算第2部分：用摩尔组成进行计算》需向电脑（20）的计算程序输入设定的甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、CO2、N2、H2等燃气摩尔分数值；依据GB/T 17747.3《天然气压缩因子的计算第3部分：用物性值进行计算》则需向电脑（20）的计算程序输入设定的燃气高位发热值、相对密度和CO2、H2的摩尔分数值；
步骤4、将设定为一个定值的脉冲当量a和数量为N的脉冲数输入到电脑（20）的计算程序中，将设定为一个定值的脉冲当量a输入到体积修正仪（13）中；
步骤5、根据体积修正仪（13）工作温度范围和工作压力范围确定校准的温度点为Tmin、T i和Tmax；校准的压力点为Pmin、P i和Pmax；依次在各个压力点和温度点组合成的不同工况下，对体积修正仪（13）标况累积流量示值误差进行校准；
步骤6、进行第一工况条件点校准
6.1、通过恒温箱控制器（7）设定恒温箱（9）的温度为Tmin，通过压力标准装置（6）设定流量基表（18）内气体压力为Pmin，经过一段时间后，温度二次仪表（4）所显示的流量基表（18）内气体温度示值与恒温箱控制器（7）上显示的恒温箱（9）温度示值在规定时间内不应超过规定的波动值，并且保持稳定；
6.2、记录体积修正仪（13）标况累积流量示值的初值Vb1和工况体积流量示值的初值Vg1，由标准脉冲发生器（5）向体积修正仪（13）输入个数为N、脉冲当量为a的脉冲，输入完毕停止，读取并记录体积修正仪（13）标况累积流量示值的末值Vb2和工况体积流量示值的末值Vg2，Vb2减去Vb1即得出标况累积流量显示值Vg，Vg2减去Vg1即得出工况累积流量显示值Vg，将标准频率发生器（5）发出的脉冲数N与脉冲当量a之积与体积修正仪（13）显示的工况累计流量示值Vg进行对比，二者应一致，否则数据作废，并应检查本装置，确认无故障后重新校准；
6.3、将步骤6.2时温度二次仪表（4）所显示的流量基表（18）内气体温度示值和压力标准装置（6）显示的压力值输入至电脑（20）的计算程序中，计算出标况累积流量的理论值V0，比较显示值V＇与理论值V0，得标况累积流量示值误差E1，
步骤7、进行其他压力点和温度点的校准，设定恒温箱（9）的温度值，通过压力标准装置（6）设定流量基表（18）内气体压力值，每次调整变化经过一段时间后，直至标准温度传感器（11）与温度二次仪表（4）构成的温度标准装置所显示的流量基表（18）内气体温度示值与恒温箱控制器（7）上显示的恒温箱（9）内各个恒温箱的温度传感器（8）测量的温度示值在规定时间内不超过规定的波动值，并且保持稳定，待稳定后重复步骤6，依次计算出标况累积流量的理论值，比较各个显示值与对应理论值，分别得出其他工况下标况累积流量示值误差。
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