CN104729637A - 一种涡轮流量计在线校准系统及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡轮流量计在线校准系统及方法，涉及测量领域。它包括自带流量积算仪的被检涡轮流量计、数据采集终端、上位机和差压变送器，校准时间内流量积算仪将被检涡轮流量计的累积流量值上传上位机；上位机根据数据采集终端上传的被检涡轮流量计前后的差压数据、气体压力和温度数据，利用“差压-流量数学模型”算出流经被检涡轮流量计气体的累积流量值；比较两者的累积流量值，得出被检涡轮流量计的示值误差。本发明解决了现有技术中涡轮流量计送检存在使用环境误差，在线校准标准设备经常移动易损坏的技术问题。本发明有益效果为：在线实流校准涡轮流量计结果更符合实际。不需要装卸涡轮流量计也不需要移动标准设备，节约成本提高效率。

Description

一种涡轮流量计在线校准系统及校准方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种气体涡轮流量计在线校准系统及方法。

背景技术

随着天然气作为环保能源地位的不断上升，天然气的计量工作的重要性也越来越突出。对天然气进行准确、公平和公正的计量不仅是天然气工业重要组成部分，也是对天然气进行科学管理的一项重要技术工作，同时还关系到了多方利益。涡轮流量计目前作为国际广泛应用的天然气能量计量仪表。涡轮流量计具有准确度高、测量量程范围宽、流通能力大、重复性好和压损小等优点，普遍在国内城市天然气管网上安装使用。但是，由于涡轮流量计容易受到干扰，例如介质中含有的悬浮物或腐蚀性成分会造成轴承磨损及卡住等问题，会改变其精度并限制其适用范围，造成涡轮流量计不能长期保持校准特性，因此必须定期校准。中国专利授权公告号CN101532854B，授权公告日2011年1月5日，名称为“涡轮流量计检测装置”的发明专利，该装置包括流量积算仪、壳体，气流从壳体的一端流入，从另一端流出，壳体内设置整流器、叶轮组件，固定在壳体中的磁敏传感器和故障传感器分别与流量积算仪相连接；故障传感器、磁敏传感器、整流器、叶轮组件设置于一个壳体中与流量积算仪组合成整体型，故障传感器检测到的故障信号和磁敏传感器检测到的流量信号分别显示在流量积算仪的显示屏上；故障传感器和故障传感器安装位置与顺序可根据壳体口径的不同而调节。该装置适合涡轮流量计拆卸下来在实验室检定。气体涡轮流量计在工作压力和校准压力不同时，它们的校准特性将有所改变，离开实际使用的场所检定会有误差。另外在天然气流量计量中，涡轮流量计现场装卸难度大，给涡轮流量计送检造成很大的麻烦。目前在线校准涡轮流量计的方法是，将标准设备并联到被检涡轮流量计，通过标准设备和被检涡轮流量计校准时间内显示的累积流量值对比，得出校准结果。这种在线校准方式，需要投入大量人力物力效率低，标准设备经常移动容易损坏。

发明内容

为了解决现有技术中涡轮流量计送检需要模拟使用环境，校准结果存在误差；在线校准标准设备经常移动容易损坏的技术问题，本发明提供一种不需要模拟使用环境，也不需要移动标准设备的气体涡轮流量计的在线校准系统及校准方法。

本发明的技术方案是：一种涡轮流量计在线校准系统，它包括温度变送器、自带流量积算仪的被检涡轮流量计、差压变送器和压力变送器，被检涡轮流量计的进口连接有设有Ⅲ号取样孔和Ⅳ号取样孔的进口连接管、涡轮流量计的出口连接有设有Ⅰ号取样孔和Ⅱ号取样孔的出口连接管，差压变送器的正、负压端分别插入Ⅲ号取样孔、Ⅱ号取样孔，差压变送器的输出端电连接有数据采集终端，数据采集终端的输出端电连接有上位机，温度变送器的输入端插入Ⅰ号取样孔，压力变送器的输入端插入Ⅳ号取样孔，温度变送器和压力变送器的输出端分别与数据采集终端电连接，流量积算仪与数据采集终端电连接。在线实流校准涡轮流量计,校准环境与实际使用环境完全一致，提高了被检涡轮流量计校准结果的可靠性。不需要装卸被检涡轮流量计，也不需要移动标准设备，节约成本，提高效率。

作为优选，被检涡轮流量计公称直径为D，进口连接管为长度L1的直管，L1＝10D～15D；出口连接管为长度L2的直管，L2＝5D～10D；排除干扰，确保采集数据准确。

作为优选，Ⅲ号取样孔靠近被检涡轮流量计的进口，Ⅱ号取样孔靠近被检涡轮流量计的出口；差压变送器采集数据与流量积算仪采集数据的环境一致。

一种涡轮流量计在线校准的方法：流量积算仪将校准时间内被检涡轮流量计的累积流量值通过数据采集终端上传给上位机；上位机根据数据采集终端上传的差压变送器采集的被检涡轮流量计前后的差压数据、压力变送器和温度变送器采集的气体压力和温度数据，利用“差压-流量数学模型”计算出校准时间内流经被检涡轮流量计气体的标准累积流量值；比较两个的累积流量值，得出被检涡轮流量计的示值误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在线实流校准涡轮流量计,校准环境与实际使用环境完全一致，涡轮流量计校准结果更加符合实际。不需要装卸、搬运涡轮流量计，也不需要移动标准设备，节约成本，提高效率。

附图说明

附图1为本发明电连接示意图。

图中：1-温度变送器；2-出口连接管；3-被检涡轮流量计；4-上位机；5-差压变送器；6-数据采集终端；7-压力变送器；8-进口连接管；21-Ⅰ号取样孔；22-Ⅱ号取样孔；31-流量积算仪；81-Ⅲ号取样孔；82-Ⅳ号取样孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1所示，一种涡轮流量计在线校准系统，它包括温度变送器1、被检涡轮流量计3、上位机4、差压变送器5、数据采集终端6和压力变送器7。被检涡轮流量计3自带流量积算仪31。数据采集终端6设有多个输入口和串行输出口，串行输出口与上位机4连接。流量积算仪31的输入端位于被检涡轮流量计3涡轮两侧，流量积算仪31输出端与数据采集终端6的第二输入口连接。图1中点划线箭头表示气体流向，图左方为被检涡轮流量计3的进口、图右方为被检涡轮流量计3的出口。被检涡轮流量计3公称直径为D。被检涡轮流量计3的进口连接有设有Ⅲ号取样孔81和Ⅳ号取样孔82的进口连接管8。进口连接管8为直管，长度L1，L1＝10D。Ⅲ号取样孔81和Ⅳ号取样孔82的中轴线与进口连接管8的中轴线垂直。Ⅲ号取样孔81和Ⅳ号取样孔82分别与进口连接管8连通。Ⅲ号取样孔81靠近被检涡轮流量计3的进口，即靠近进口连接管8的右端。被检涡轮流量计3的出口连接有设有Ⅰ号取样孔21和Ⅱ号取样孔22的出口连接管2。出口连接管2为直管，长度L2，L2＝5D。Ⅰ号取样孔21和Ⅱ号取样孔22的中轴线与出口连接管2的中轴线垂直。Ⅰ号取样孔21和Ⅱ号取样孔22分别与出口连接管2连通。Ⅱ号取样孔22靠近被检涡轮流量计3的出口，即靠近出口连接管2的左端。差压变送器5的输入端分为正压端和负压端，正压端插入Ⅲ号取样孔81，顶端伸入进口连接管8内；负压端插入Ⅱ号取样孔22，顶端伸入出口连接管2内。差压变送器5的输出端与数据采集终端6的第一输入口电连接。温度变送器1的输入端为温度传感器，温度传感器插入Ⅰ号取样孔21，温度传感器顶端伸入出口连接管2内。温度变送器1的输出端与数据采集终端6的第三输入口电连接。压力变送器7的输入端为压力传感器，压力传感器插入Ⅳ号取样孔82压力传感器顶端伸入进口连接管8内。压力变送器7的输出端与数据采集终端6的第四输入口电连接。

一种涡轮流量计在线校准系统的校准方法，上位机4采用LabVIEW软件编写操作界面。上位机4发出指令开始检测。流量积算仪31将采集到的被检涡轮流量计3的脉冲信号、压力变送器7测出压力值、温度变送器1测出温度值通过数据采集终端6上传给上位机4。上位机4计算出校准时间内被检涡轮流量计3的累积量。流过被检涡轮流量计3工况条件下体积为：

$V_b=\frac{N}{k}\frac{P_g{T}_0{Z}_0}{P_0{T}_g{Z}_g}---a$

公式中：

V_b为流过被检涡轮流量计的工况条件下体积，单位m³；

N为被检涡轮流量计的脉冲数，无量纲；

k为被检涡轮流量计的仪表系数，单位m^-3；

P₀、T₀、Z₀分别为标准状况下空气的绝对压力、热力学温度和压缩系数即P₀＝101.325kPa、T₀＝293.15K、Z₀＝1；

P_g、T_g、Z_g分别为工况条件下被检涡轮流量计3处空气的绝对压力、热力学温度和压缩系数，单位分别为Pa、K、无量纲，常压下Z_g＝1。

上位机4将数据采集终端6传输的差压变送器5采集的被检涡轮流量计3前后的差压数据、压力变送器7采集的气体压力数据和温度变送器1采集的气体温度数据，根据“差压-流量数学模型”，计算出校准时间内流过被检涡轮流量计3的气体工况理论累积流量。

在工况条件下被检涡轮流量计3进、出口差压变送器5测量到的压力损失与流量之间的关系为：

$\mathrm{\ΔP}={\mathrm{\ΔP}}_{Q\max }*\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{1.205}*\frac{P_a+P_g}{P_0}*\frac{T_0}{T_g}*{\left(\frac{Q}{Q_{\max }}\right)}^2---b$

公式中：

ΔP_Qmax为标准状态下，介质为干空气(20℃,101.325kPa,ρ＝1.205kg/m³)时，最大流量的压力损失，单位kPa；

ρ₀为标准状态(20℃,101.325kPa)下的介质密度，单位kg/m³；

P_g为被检流量计压力检测点的绝对压力，单位kPa；

P₀为标准大气压，单位101.325kPa；

T₀为标准状态下的绝对温度，293.15K；

T_g为介质工况条件下绝对温度，单位K；

Q为工况流量，单位m³/h；

Q_max为被检涡轮流量计最大工况流量，单位m³/h。

由压力变送器7测出压力值P_g，温度变送器1测出温度值T_g，ΔP_Qmax、Q_max及ρ₀由查表得出，即可计算出流过被检涡轮流量计3的气体工况理论流量Q，进而积分计算出校准时间内的理论气体累积流量V_c，以此作为标准流量。

被检涡轮流量计3的示值误差按公式c计算：

$E=\frac{V_b-V_c}{V_c}\×100\%---c$

公式中：

V_b为被检涡轮流量计3示值(累积值)；

V_c为差压信号处理单元计算值(累积值)。

比较两者的流量值，得出被检涡轮流量计3的示值误差。

Claims (4)

1.一种涡轮流量计在线校准系统，它包括温度变送器(1)、自带流量积算仪(31)的被检涡轮流量计(3)、差压变送器(5)和压力变送器(7)，其特征在于：所述被检涡轮流量计(3)的进口连接有设有Ⅲ号取样孔(81)和Ⅳ号取样孔(82)的进口连接管(8)、被检涡轮流量计(3)的出口连接有设有Ⅰ号取样孔(21)和Ⅱ号取样孔(22)的出口连接管(2)，所述差压变送器(5)的正、负压端分别插入Ⅲ号取样孔(81)、Ⅱ号取样孔(22)，差压变送器(5)的输出端电连接有数据采集终端(6)，数据采集终端(6)的输出端电连接有上位机(4)，温度变送器(1)的输入端插入Ⅰ号取样孔(21)，压力变送器(7)的输入端插入Ⅳ号取样孔(82)，温度变送器(1)和压力变送器(7)的输出端分别与数据采集终端(6)电连接，所述流量积算仪(31)与数据采集终端(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮流量计在线校准系统，其特征在于：所述被检涡轮流量计(3)公称直径为D，所述进口连接管(8)为长度L1的直管，L1＝10D～15D；出口连接管(2)为长度L2的直管，L2＝5D～10D。

3.根据权利要求1所述的一种涡轮流量计在线校准系统，其特征在于：所述Ⅲ号取样孔(81)靠近被检涡轮流量计(3)的进口，所述Ⅱ号取样孔(22)靠近被检涡轮流量计(3)的出口。

4.根据权利要求1所述的一种涡轮流量计在线校准系统的校准方法，其特征在于：流量积算仪(31)将校准时间内被检涡轮流量计(3)的累积流量值通过数据采集终端(6)上传给上位机(4)；上位机(4)根据数据采集终端(6)上传的差压变送器(5)采集的被检涡轮流量计(3)前后的差压数据、压力变送器(7)和温度变送器(1)采集的气体压力和温度数据，利用“差压-流量数学模型”计算出校准时间内流经被检涡轮流量计(3)气体的标准累积流量值；比较两个累积流量值，得出被检涡轮流量计(3)的示值误差。