CN103234606B - 一种流量检定系统及其检定方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供一种流量检定系统及其检定方法，包括水循环系统，水循环系统包括依次连通的称重水箱、恒温储水系统、恒压水系统、被测表、标准流量计和瞬时流量调节模块，通过在夹表装置两侧的入水端管路内和出水端管路内分别设有测温模块Ⅰ和Ⅱ，在水循环系统中的主环水管路上设置开关阀门，在恒压水系统中增加补气装置，在瞬时流量调节模块中采用球阀控制流量，并通过结合动态质量标定方法以及试验起止时刻的认定不以流量控制阀门的通断时刻为准，而是通过程序控制接通流量控制阀门后延时一段时间后在保证主环路内的流态稳定后的某一时刻作为试验的开始时刻的检定方法，使得本发明创造的计量更准确，检定效率更高。

Description

一种流量检定系统及其检定方法

技术领域

本发明创造涉及一种流量检定系统及其检定方法。

背景技术

流量检定系统是流量计其及相关产品（例如热量表）在生产过程中必不可少的生产设备，也是技术监督部门进行相关计量设备检定所需的检定设备。其功能主要有两个：一、标定流量计；二、检定流量计。对于生产厂家而言所生产流量计在出厂之前都要经过流量检定系统完成标定，保证流量测量的准确度，同时也要进行流量测量误差的检测，以判断产品是否合格，或者为产品定级。

传统的流量检定系统及其检定方法都一般是通过在被测流量计中流过一定量的水，然后将被测流量计表的流量示值与标准流量表所读取的标准值比对，计算出误差。传统的流量检定系统实时性差，精度差，检定速度慢，已成为制约流量计及其相关产品生产效率的重要因素。

针对上述问题，专利201110234683.3公开了一种全自动热能表流量检定装置。该装置避免了采用传统的流量调节方法，即避免利用变频器直接控制水泵速度来实现瞬时流量的调节功能，而是选择通过恒压水系统与流量调节装置配合实现的。该专利虽通过对流量调节装置的控制实可实现不同瞬时流量的快速切换，也大大提了系统的检定速度，但是其存在一个弊端，即流量调节装置中每个阀门对应一个流量点，共采用了大中小三个流量点，而对需要多个流量点的检测则无能为力。

目前，流量表检定方法在计算累积流量时通常采用传统的质量法，以及在试验中以流量控制阀门打开时刻作为试验开始时刻，以流量控制阀门的结束时刻作试验结束时刻，分别记录试验起止时刻系统的累积流量以及被测流量计的累积流量，计算系统所测累积流量以及流量计所测累积流量包括，上述方法存在严重的缺点即不足，其会严重影响着系统的检定精度和检定时间，进而影响检定效率。其具体分析如下：1、传统的质量法仅关注实验最终测量结果，不关注中间过程的测量，也即用每个流量点试验结束后根据水箱内水的最终重量推算体积，然后与被测流量计所测结果比较，计算被测流量计的流量测量误差，并据此标定被测流量计，事实上尽管一般的流量检定系统都提供类似专利201110234683.3中的恒温水箱这样的模块用于控制水温恒定，但是由于各种原因系统主回路中的水温是很难维持在较高恒定水平的，或者说在整个检定过程中主回路的水温是在不断波动的，我们知道，水在不同温度下其密度是不同的，仅根据试验结束后水的总质量按固定密度计算总累积流量，势必引入误差，降低系统精度；2、由于在流量控制阀门开通与关断的一段时间内环路内的流态尚未稳定，由此会带来流量检定系统的测量误差以及被测流量计的测量误差，且在流量控制阀门关闭后，其管路后端的水仍有可能进入称重水箱，由此导致流量检定系统中的累积流量与被测流量计中流过的累积流量并不一致，由此增加了最终检定结果的不确定度，基于以上原因传统的流量检定方法为了减少这些因素的影响通常采用增加累积流量的手段，或者通过在系统中增加换向器，而采用增加累积流量的手段一是延长了试验时间，二是增加了流量检定系统的硬件成本，通过在系统中增加换向器也会大大增加了系统的复杂度与成本。

发明创造内容

本发明创造的目的是提供一种流量检定系统及其检定方法，其计量更准确，检定效率更高。

本发明创造的具体技术方案如下：一种流量检定系统，包括水循环系统，水循环系统包括依次连通的称重水箱、恒温储水系统、恒压水系统、被测表、标准流量计和瞬时流量调节模块，其中所述恒温储水系统中的水箱内设有加热装置、温度检测装置和温度控制模块，所述恒压水系统包括压力水罐、变频器、水泵、压力检测元件，所述被测表放置于夹表装置上；流量检定系统还包括数据采集系统和主控制，数据采集系统包括设置于恒温储水系统中的温度检测装置和温度控制模块、设置于压力水罐上的压力检测元件、设置于称重水箱底部的电子秤和读表模块，主控制分别与恒温储水系统、恒压水系统、瞬时流量调节模块、电子秤、标准流量计和读表模块连接，在夹表装置两侧的入水端管路内和出水端管路内分别设有测温模块Ⅰ和测温模块Ⅱ，测温模块Ⅰ和测温模块Ⅱ均与主控制连接。

所述水循环系统中，在称重水箱和恒温储水系统之间的管路上设有主回路开关阀门Ⅰ，在恒压水系统和夹表装置之间的管路上设有主回路开关阀门Ⅱ，在标准流量计和瞬时流量调节模块之间的管路上设有主回路开关阀门Ⅲ，主回路开关阀门Ⅰ、主回路开关阀门Ⅱ和主回路开关阀门Ⅲ分别与主控制连接。

所述恒压水系统中还包括气泵、充气阀门、充气管路和液位观察管，气泵经充气阀门、充气管路与压力水罐连接，液位观察管安装在压力水罐上，液位观察管上设有上限水位点和标准水位点。

所述瞬时流量调节模块包括瞬时流量控制器、电机、减速器、角度检测装置和球阀，瞬时流量控制器通过电机、减速器、角度检测装置控制球阀的开启度，球阀安装在进出水主管路上。

一种流量检定系统的检定方法，包括以下具体步骤：

1）做好检定准备工作，即安装被测流量计、设定系统工作压力、启动恒温储水系统、启动恒压水系统，同时为恒压水系统充气，等待水温、压力就绪；

2）启动瞬时流量调节模块，根据待检流量点设定球阀的开启度；

3）延时一段时间使主环管路内的水流达到稳定状态，此时选择某一时刻作为试验时间的开始时刻，读取系统初值，包括电子称的读值、标准流量计的读值、各被检流量计的读值；

4）设定采样周期，并按照设定的采样周期进行延时，采样周期达到后读取电子称的读值、标准流量计的读值、各被检流量计的读值、测温模块Ⅰ的读值和测温模块Ⅱ的读值；

5）利用动态质量标定方法将试验过程中所有采样周期的累积流量求和，以计算最终的修正后累积流量；

6）将步骤5）中得到的修正后累积流量与各被检流量计测得的累积流量进行对比求得误差，并记录本次测量结果；

7）该流量点检定完毕；

8）根据需要可继续选择测量其他的流量点，测量方法同上述步骤2）至步骤7）；

9）根据所有流量点的测量结果为本检定周期的被检流量计定级，记录最终测定结果。

所述动态质量标定方法的具体方法为：

a）设被测流量计的入水温度为T1，出水温度为T2，被测流量计的总数为n，为减化算法，假定水在通过每一个流量计时温度线性下降，由此可求出每一个流量计中的平均水温，公式如下:

式中：T流(i)第个流量计内平均水温

T1流量计的入水温度

T2流量计的出水温度

n流量计总数

i流量计序号，临入水口处序号为1

b）查取水温密度修正表得到每一个被测流量计流过水的平均密度ρ(i)，然后求得每一个被测流量计在本采样周期内的修正累积流量，按下述公式：

式中：V(i)本采样周期内第i块流量计中流过的累积流量

m(i)本采样周期结束后流量检定系统所测得的累积质量

m(i-1)上一采样周期结束后流量检定系统所测得的累积质量

ρ(i)本采样周期内第i块流量计内水的平均密度

c）将整个检定周期中所有采样周期的累积流量累加即可得到本检定周期中流过每一块被测流量计的总累积流量，如下述公式:

式中：V(i)总第i块流量计在整个检定过程中流过的累积流量

V(i)(j)第i块流量计第j个采样周期内的累积流量

M一个检定周期内所包含的总的采样周期数。

所述瞬时流量调节模块采用两种调节模式，即手动调节模式和自动调节模式，其中手动调节模式的具体方法为由瞬时流量控制器控制电机带动球阀转动，由操作人员通过流量显示装置观察当前流量计的瞬时流量，当到达流量设定点时停止电机转动，主控制器读取并记录角度检测装置检测到的球阀的角度值；自动调节模式为首先操作人员通过主控制器设定好所需的各个流量点，在调节过程中主控制器按照采样周期周期性的读取标准瞬时流量，然后根据内置控制算法计算控制量将指令实时发给瞬时流量控制器直至调节到所需瞬时流量停止控制，此时主控制器读取并记录角度检测装置检测到的球阀的角度值。

本发明创造的有益效果：本发明在工作过程中实时采集累积质量及流入被测流量计中水的入口温度及出口温度，通过内置算法精确计算每一采样周期内流入每一块流量计的累积流量，并将试验过程中所有采样周期的累积流量求和，计算最终的累积流量，这大大提高了系统的精度；本发明具有实时读取系统累积流量（直接读取或通过累积质量与密度计算）的功能，具有实时读取被测流量计累积流量的功能，所以本试验方法中对于试验起止时刻的认定不以流量控制阀门的通断时刻为准，而是通过程序控制接通流量控制阀门后延时一段时间后在保证主环路内的流态稳定后的某一时刻作为试验的开始时刻，通过程序记录下此时刻流量检定系统的累积流量以及测流量计的累积流量（直接读取或通过累积质量与密度计算）作为试验初值，而在通过程序控制流量控制阀门关断前的某一时刻已认定试验结束，读取流量检定系统的累积流量（直接读取或通过累积质量与密度计算），通过此方法本发明的流量检定系统有效消除了流量控制阀门在接通与关断过程中所带来的相关误差，进一步提高了系统的精度；本发明通过在主环水路上增加开关阀门，进一步提高了系统的可操作性；本发明通过瞬时流量流节模块与恒压水系统二者配合实现了在检定过程中瞬时流量的快速切换，并保证在检定过程中瞬时流量的高稳定性，在工作过程中球阀的角度保持不变，瞬时流量的稳定性依赖于恒压水系统中水压的稳定程度，在实际应用中可通过增恒压水系统中压力水罐的容积，通过增加补气装置、使用优秀的压力控制算法等手段保证压力水罐内水位上方的压缩空气体积恒定，进而保证恒压系统输出稳定压力的水源；本发明的瞬时流量调节方法简单，用一个球阀即可实现任意所需流量的输出，在实际应用中更具通用性。

附图说明

图1是本发明创造主系统框图。

图2是恒压水系统的系统框图。

图3是恒压水系统的控制原理图。

图4是瞬时流量调节模块的系统框图。

图5是本发明创造的检定流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种流量检定系统，包括水循环系统，水循环系统包括依次连通的称重水箱3、恒温储水系统5、恒压水系统6、被测表、标准流量计10和瞬时流量调节模块12。该水循环系统中，在称重水箱3和恒温储水系统5之间的管路上设有主回路开关阀门Ⅰ4，在恒压水系统6和夹表装置13之间的管路上设有主回路开关阀门Ⅱ7，在标准流量计10和瞬时流量调节模块12之间的管路上设有主回路开关阀门Ⅲ11，主回路开关阀门Ⅰ4、主回路开关阀门Ⅱ7和主回路开关阀门Ⅲ11分别与主控制1连接。主回路开关阀门Ⅰ4、主回路开关阀门Ⅱ7和主回路开关阀门Ⅲ11均为可控制阀门，其接收主控制器1指令实现控制阀门的开合，进而对管路的水流通断进行控制。使用时也可选择加入状态反馈电路，将阀门的状态反馈到主控制器1，进一步提高系统的可操作性。

所述恒温储水系统5中的水箱内设有加热装置、温度检测装置和温度控制模块，恒温储水系统5的功能是向恒压水系统6提供恒定温度的水，接收称重水箱3排出来的水。

如图2和图3所示，所述恒压水系统6包括压力水罐15、变频器16、水泵17、压力检测元件18，还包括气泵19、充气阀门20、充气管路21和液位观察管22，气泵19经充气阀门20、充气管路21与压力水罐15连接，液位观察管22安装在压力水罐15上，液位观察管22上设有上限水位点23和标准水位点24。

恒压水系统6工作时，变频器6实时采集压力检测元件18输出的压力信号，并与设定值比较，通过内置算法控制调速水泵17的运转速度，为压力水罐15补充水源，保证水位恒定，以使水位上方压缩空气的体积恒定，也即使压缩空气的气压保持恒定，进而保证了恒压水系统的出水压力保持恒定。本恒压水系统6的恒压原理其实质是保证压力水罐15上方的压缩空气保持恒定压力，从理论上来说，压缩空气的体积越大等量体积变化所引起的压力波动越小，可控制性越好，所以在系统运行中要保证压力水,15内的水位维持在合适的位置。为方便观察水位，在恒压水系统6中设有液位观察管22，在液位观察管22上有两个标记，其一为标准水位点24，另一为上限水位点23，在系统正常工作时，水位应在标准水位点24上下微小波动，当水位高于上限水位23点时，可以判定压力水,15中的空气不足，需要补空气。补充空气通过气泵19进行，操作方法具体为：让恒压水系统6处于工作状态，打开充气阀门20、气泵19，工作人员通过液位观察管22观察液位，当液位到达标准水位24点时关闭气泵19，同时关闭充气阀门20。

本流量检定系统还包括数据采集系统和主控制1，数据采集系统包括设置于恒温储水系统5中的温度检测装置和温度控制模块、设置于压力水罐15上的压力检测元件18、设置于称重水箱3底部的电子秤2和读表模块14，主控制1分别与恒温储水系统5、恒压水系统6、瞬时流量调节模块12、电子秤2、标准流量计10和读表模块14连接。主控制1其内运行程流量计检定程序和流量计标定程序，在一个检定周期中，主控制1控制主回路阀门的通断，采集管路进水、回水温度，实时采集标准流量计的瞬时、累积流量值，实时采集电子称的重量值，实时采集各个被测流量计的相关参数。当一个检定周期完成后，根据本检定周期采集到的相关量，计算出流量计的校准参数，并将修正参数传入被测流量计中。

所述被测表放置于夹表装置13上，用于安装被测的流量计，根据被测流量计不同，提供不同的机械安装接口，可以使被测流量计与主管路连接，以形成闭合水路。在系统检定试验中，根据被测流量计的型号不同，夹表装置13中可以安装一个或数个被测流量计。

在夹表装置13两侧的入水端管路内和出水端管路内分别设有测温模块Ⅰ8和测温模块Ⅱ9，测温模块Ⅰ8和测温模块Ⅱ9均与主控制1连接。在主控制器1的控制下，测温模块Ⅰ8和测温模块Ⅱ9实时测量被测流量计组的进水温度和出水温度，实时将数据上传至主控制器1中。

如图4所示，所述瞬时流量调节模块12包括瞬时流量控制器25、电机27、减速器26、角度检测装置28和球阀29，瞬时流量控制器25通过电机27、减速器26、角度检测装置28控制球阀29的开启度，球阀29安装在进出水主管路30、31上。

所述瞬时流量调节模块12采用两种调节模式，即手动调节模式和自动调节模式，其中手动调节模式的具体方法为由瞬时流量控制器25控制电机26带动球阀29转动，由操作人员通过流量显示装置观察当前流量计的瞬时流量，当到达流量设定点时停止电机26转动，主控制器1读取并记录角度检测装置28检测到的球阀29的角度值；自动调节模式为首先操作人员通过主控制器1设定好所需的各个流量点，在调节过程中主控制器1按照采样周期周期性的读取标准瞬时流量，然后根据内置控制算法计算控制量将指令实时发给瞬时流量控制器25直至调节到所需瞬时流量停止控制，此时主控制器1读取并记录角度检测装置28检测到的球阀29的角度值。

如图5所示，一种流量检定系统的检定方法，包括以下具体步骤：

1）做好检定准备工作，即安装被测流量计、设定系统工作压力、启动恒温储水系统、启动恒压水系统，同时为恒压水系统充气，等待水温、压力就绪；

2）启动瞬时流量调节模块12，根据待检流量点设定球阀29的开启度；

3）延时一段时间使主环管路内的水流达到稳定状态，此时选择某一时刻作为试验时间的开始时刻，读取系统初值，包括电子称的读值、标准流量计的读值、各被检流量计的读值；

4）设定采样周期，并按照设定的采样周期进行延时，采样周期达到后读取电子称的读值、标准流量计的读值、各被检流量计的读值、测温模块Ⅰ的读值和测温模块Ⅱ的读值；

5）利用动态质量标定方法将试验过程中所有采样周期的累积流量求和，以计算最终的修正后累积流量，所述动态质量标定方法的具体方法为：

a）设被测流量计的入水温度为T1，出水温度为T2，被测流量计的总数为n，为减化算法，假定水在通过每一个流量计时温度线性下降，由此可求出每一个流量计中的平均水温，公式如下:

式中：T流(i)第个流量计内平均水温

T1流量计的入水温度

T2流量计的出水温度

n流量计总数

i流量计序号，临入水口处序号为1

b）查取水温密度修正表得到每一个被测流量计流过水的平均密度ρ(i)，然后求得每一个被测流量计在本采样周期内的修正累积流量，按下述公式：

式中：V(i)本采样周期内第i块流量计中流过的累积流量

m(i)本采样周期结束后流量检定系统所测得的累积质量

m(i-1)上一采样周期结束后流量检定系统所测得的累积质量

ρ(i)本采样周期内第i块流量计内水的平均密度

c）将整个检定周期中所有采样周期的累积流量累加即可得到本检定周期中流过每一块被测流量计的总累积流量，如下述公式:

式中：V(i)总第i块流量计在整个检定过程中流过的累积流量

V(i)(j)第i块流量计第j个采样周期内的累积流量

M一个检定周期内所包含的总的采样周期数

6）将步骤5）中得到的修正后累积流量与各被检流量计测得的累积流量进行对比求得误差，并记录本次测量结果；

7）该流量点检定完毕；

8）根据需要可继续选择测量其他的流量点，测量方法同上述步骤2）至步骤7）；

9）根据所有流量点的测量结果为本检定周期的被检流量计定级，记录最终测定结果。

Claims (6)

1.一种流量检定系统，包括水循环系统，水循环系统包括依次连通的称重水箱（3）、恒温储水系统（5）、恒压水系统（6）、被测表、标准流量计（10）和瞬时流量调节模块（12），其中所述恒温储水系统（5）中的水箱内设有加热装置、温度检测装置和温度控制模块，所述恒压水系统（6）包括压力水罐（15）、变频器（16）、水泵（17）、压力检测元件（18），所述被测表放置于夹表装置（13）上；流量检定系统还包括数据采集系统和主控制器（1），数据采集系统包括设置于恒温储水系统（5）中的温度检测装置和温度控制模块、设置于压力水罐（15）上的压力检测元件（18）、设置于称重水箱（3）底部的电子秤（2）和读表模块（14），主控制器（1）分别与恒温储水系统（5）、恒压水系统（6）、瞬时流量调节模块（12）、电子秤（2）、标准流量计（10）和读表模块（14）连接，其特征在于：在夹表装置（13）两侧的入水端管路内和出水端管路内分别设有测温模块Ⅰ（8）和测温模块Ⅱ（9），测温模块Ⅰ（8）和测温模块Ⅱ（9）均与主控制器（1）连接；所述水循环系统中，在称重水箱（3）和恒温储水系统（5）之间的管路上设有主回路开关阀门Ⅰ（4），在恒压水系统（6）和夹表装置（13）之间的管路上设有主回路开关阀门Ⅱ（7），在标准流量计（10）和瞬时流量调节模块（12）之间的管路上设有主回路开关阀门Ⅲ（11），主回路开关阀门Ⅰ（4）、主回路开关阀门Ⅱ（7）和主回路开关阀门Ⅲ（11）分别与主控制器（1）连接。

2.如权利要求1所述的一种流量检定系统，其特征在于：所述恒压水系统（6）中还包括气泵（19）、充气阀门（20）、充气管路（21）和液位观察管（22），气泵（19）经充气阀门（20）、充气管路（21）与压力水罐（15）连接，液位观察管（22）安装在压力水罐（15）上，液位观察管（22）上设有上限水位点（23）和标准水位点（24）。

3.如权利要求1所述的一种流量检定系统，其特征在于：所述瞬时流量调节模块（12）包括瞬时流量控制器（25）、电机（26）、减速器（27）、角度检测装置（28）和球阀（29），瞬时流量控制器（25）通过电机（26）、减速器（27）、角度检测装置（28）控制球阀（29）的开启度，球阀（29）安装在进出水主管路（30、31）上。

4.一种如权利要求3所述流量检定系统的检定方法，其特征在于包括以下具体步骤：

1）做好检定准备工作，即安装被测流量计、设定系统工作压力、启动恒温储水系统、启动恒压水系统，同时为恒压水系统充气，等待水温、压力就绪；

2）启动瞬时流量调节模块（12），根据待检流量点设定球阀（29）的开启度；

3）延时一段时间使主环管路内的水流达到稳定状态，此时选择某一时刻作为试验时间的开始时刻，读取系统初值，包括电子称的读值、标准流量计的读值、各被检流量计的读值；

4）设定采样周期，并按照设定的采样周期进行延时，采样周期达到后读取电子称的读值、标准流量计的读值、各被检流量计的读值、测温模块Ⅰ的读值和测温模块Ⅱ的读值；

5）利用动态质量标定方法将试验过程中所有采样周期的累积流量求和，以计算最终的修正后累积流量；

6）将步骤5）中得到的修正后累积流量与各被检流量计测得的累积流量进行对比求得误差，并记录本次测量结果；

7）该流量点检定完毕；

8）根据需要可继续选择测量其他的流量点，测量方法同上述步骤2）至步骤7）；

9）根据所有流量点的测量结果为本检定周期的被检流量计定级，记录最终测定结果。

5.如权利要求4所述的一种流量检定系统的检定方法，其特征在于，所述动态质量标定方法的具体方法为：

a）设被测流量计的入水温度为T1，出水温度为T2，被测流量计的总数为n，为减化算法，假定水在通过每一个流量计时温度线性下降，由此可求出每一个流量计中的平均水温，公式如下:

式中：T流(i)第个流量计内平均水温

T1流量计的入水温度

T2流量计的出水温度

n流量计总数

i流量计序号，临入水口处序号为1

b）查取水温密度修正表得到每一个被测流量计流过水的平均密度ρ(i)，然后求得每一个被测流量计在本采样周期内的修正累积流量，按下述公式：

式中：V(i)本采样周期内第i块流量计中流过的累积流量

m(i)本采样周期结束后流量检定系统所测得的累积质量

m(i-1)上一采样周期结束后流量检定系统所测得的累积质量

ρ(i)本采样周期内第i块流量计内水的平均密度

c）将整个检定周期中所有采样周期的累积流量累加即可得到本检定周期中流过每一块被测流量计的总累积流量，如下述公式:

式中：V(i)总第i块流量计在整个检定过程中流过的累积流量

V(i)(j)第i块流量计第j个采样周期内的累积流量

M一个检定周期内所包含的总的采样周期数。

6.如权利要求4所述的一种流量检定系统的检定方法，其特征在于：所述瞬时流量调节模块（12）采用两种调节模式，即手动调节模式和自动调节模式，其中手动调节模式的具体方法为由瞬时流量控制器（25）控制电机（26）带动球阀（29）转动，由操作人员通过流量显示装置观察当前流量计的瞬时流量，当到达流量设定点时停止电机（26）转动，主控制器（1）读取并记录角度检测装置（28）检测到的球阀（29）的角度值；自动调节模式为首先操作人员通过主控制器（1）设定好所需的各个流量点，在调节过程中主控制器（1）按照采样周期周期性的读取标准瞬时流量，然后根据内置控制算法计算控制量将指令实时发给瞬时流量控制器（25）直至调节到所需瞬时流量停止控制，此时主控制器（1）读取并记录角度检测装置（28）检测到的球阀（29）的角度值。