CN112833998A - 一种管道式液体流量计在线校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道式液体流量计在线校准方法，包括通用技术要求的检查、安装标准表、选择流量点、在线校准等步骤。本发明提供的管道式液体流量计在线校准方法，其校准周期短，且对工厂生产进度影响较小，被测流量计不容易损坏，校准精确性高。

Description

一种管道式液体流量计在线校准方法

技术领域

本发明涉及流量计计量技术领域，尤其涉及一种管道式液体流量计在线校 准方法。

背景技术

管道式液体流量计被广泛应用于工业、农业、国防、科研以及人民生产生 活等各个方面，是重要的流量计量器具之一。对液体流量进行准确、公平和公 正的计量不仅是制造业的重要组成部分，也是对水资源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。目前国内外使用的管道式液体流量计 包括电磁流量计、涡轮流量计、科里奥利质量流量计等。其中，电磁流量计是 在封闭管道中，设置一个与流动方向相垂直的磁场，通过测量导电液体在磁场 中运动所产生的感应电动势推算出流量；涡轮流量计的液体体积示值是以涡轮 叶轮转数为基准的，流动液体的动力驱使涡轮叶片旋转，其旋转速度与体积流 量近似成比例；科里奥利质量流量计是利用液体在振动管内流动时产生的科里 奥利力，以直接或间接的方法测量科里奥利力而得到液体质量流量。由于测量 精度相对较高，这些液体流量计在管道流量计量中得到了广泛的应用，但在长 期使用后容易受到环境影响而产生计量偏差，所以必须在规定的周期内进行校 准，确保流量计示值的可靠性和准确性。

传统方式中，流量计需要拆卸下来才能送至第三方计量机构进行校准，其 可能会造成以下问题：1)在拆卸流量计时存在有毒有害液体泄露及火灾隐患， 给安全生产造成严重影响；2)拆卸和运输过程中可能会因操作不当、防护不良 而造成流量计损坏，从而影响其计量准确性；3)企业如果没有备用表，送校期 间生产和销售都会受到不良影响；4)流量计在工作压力不同时，它们的计量特 性将有所改变，离开实际使用的场所校准会有误差，实验室内校准只能对被校 流量计在实验条件下的计量性能进行确认，可能造成送校计量不准确、不可靠， 安装后使用有较大偏差的情况等。

很多情况下管道式液体流量计现场装卸难度大，给流量计送校造成很大的 麻烦。目前在线校准管道式液体流量计的方法是将标准表与被校流量计并联， 通过比较标准表和被校表的流量值，得出校准结果。这种在线校准方式，需要 投入大量人力物力且效率十分低下。

发明内容

本发明的目的是提供一种管道式液体流量计在线校准方法，其校准周期短， 且对工厂生产进度影响较小，被测流量计不容易损坏，校准精确性高。

为实现上述目的，本发明提供一种管道式液体流量计在线校准方法，包括 以下步骤：

安装标准表：采用超声波流量计作为标准表；将标准表的换能器固定在被 校流量计所在管道的侧壁上；

选择流量点：根据现场实际情况确定校准流量点；如被校流量计所在的管 道无法进行流量调节，且被校流量计是定点使用的，则流量点可选实际使用流 量点；

在线校准：校准时，同时读取并记录标准表和被校流量计的示值；被校流 量计每个流量点每次校准的相对示值误差E_ij按以下公式计算：

其中，q_ij为第i流量点第j次校准时的被校流量计示值；(q_s)_ij为第i流量点第j 次校准时的标准表示值。

作为本发明的进一步改进，所述标准表示值q_s通过以下公式计算：

q_s—标准器显示值(瞬时值)，m³/h；

ν₁—声道上线平均流速，m/s；

K—流速分布修正系数，取值为1；

R—管道外半径，m，

l—管道壁厚；

则被校流量计每个流量点每次校准的相对示值误差E如下：

作为本发明的进一步改进，所述管道外半径R通过以下方式计算：在所述 安装标准表的步骤中，用量具分别在标准表换能器安装位置附近的同一截面上 等角分布测量n次外直径，或测量n次外周长计算出外直径；外直径平均值D 通过以下公式计算：

其中，n为测量次数，n≥5；D_i为第i点测得的管道外直径或计算出的外直 径；根据外直径平均值D得出管道外半径R。

作为本发明的进一步改进，所述管道壁厚l通过以下方式计算：在标准表换 能器安装位置上均布多个点，并使用测厚仪测量管道壁厚，取其平均值；对有 衬里的标准直管段，应准确了解衬层厚度和材料类型；对无法测量的参数，根 据技术资料现场查明确认。

作为本发明的更进一步改进，在所述在线校准步骤中，被校流量计每个流 量点的重复性(Er)_i按以下公式计算：

其中，n为第i流量点的校准次数，n≥3；E_i为第i流量点的平均流量值；如 重复性(Er)_i大于0.5％，校准结果不可靠；如重复性(Er)_i小于等于0.5％，校准结 果可靠。

作为本发明的更进一步改进，当所述超声波流量计标准表的溯源管径与校 准管径之比大于2或小于1/2，计算被校流量计每个流量点每次校准的相对示值 误差E_ij时应增加一个数值为0.5％的附加误差。

作为本发明的更进一步改进，在所述在线校准步骤后，还包括测量不确定 度的评定的步骤：分析测量不确定度的来源，建立测量模型，评定A类标准不 确定度和B类标准不确定度，计算合成标准不确定度，确定扩展不确定度。

作为本发明的更进一步改进，在所述安装标准表的步骤前，进行通用技术 要求的检查。

有益效果

与现有技术相比，本发明的管道式液体流量计在线校准方法的优点为：

1、由于无需拆卸被校流量计，不存在有毒有害液体泄露及火灾隐患，安全 性更高，也避免了流量计拆卸难度大的问题。无需运输被校流量计，也就不会 出现因拆卸和运输操作不当、防护不良而造成的流量计损坏问题，避免设备损 坏造成的经济损失，同时也节约了运输费用，大幅降低了校准的成本。校准周 期被大幅缩短，在线校准时时并不影响工厂的正常生产，不影响其生产进度， 减少经济损失。

2、由于校准时被校流量计始终安装在管道上，其工作环境不变，工作压力 也基本不会发生变化，则其计量特性也不会出现明显改变。相对于送去实验室 校准的方式，在线校准更准确可靠，偏差极小。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释 本发明的实施例。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中 的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出 创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为管道式液体流量计在线校准方法的流程图；

图2为标准表的换能器与被校流量计所在管道的连接示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例。

实施例

本发明的具体实施方式如图1至图2所示，一种管道式液体流量计在线校 准方法，包括以下步骤：

步骤一：通用技术要求的检查

检查被校流量计面板上的字体符号是否清晰，保护读数装置的玻璃是否有 良好的透明度，没有使读数畸变等妨碍读数的缺陷；表体上是否有铭牌，铭牌 上是否注明制造厂名、流量计名称、型号、出厂编号、制造日期，标称直径、 流量范围、准确度等级、计量器具制造许可证标志等。如属防爆仪表，还应有 防爆标志。检查被校流量计零点漂移是否超过基本误差限的绝对值。

根据被校流量计使用说明书要求、检定证书或出厂校验单，检查被校流量 计是否正常工作和转换器中影响计量准确度关键参数的输入是否正确；检查被 校流量计的选择、安装与使用是否满足产品的要求；检查被校流量计是否有上 一次的检定或校准证书。

检查标准表的流量范围是否与被校流量计的流量范围相适应；检查在线校 准使用的所有计量器具是否均具有有效的检定或校准证书。

步骤二：安装标准表

采用超声波流量计作为标准表；将标准表的换能器固定在被校流量计所在 管道的侧壁上。用量具分别在标准表换能器安装位置附近的同一截面上等角分 布测量n次外直径，或测量n次外周长计算出外直径；外直径平均值D通过以 下公式计算：

其中，n为测量次数，n≥5；D_i为第i点测得的管道外直径或计算出的外直 径。根据外直径平均值D得出管道外半径R。

管道壁厚l通过以下方式计算：在标准表换能器安装位置上均布5个点，并 使用测厚仪测量管道壁厚，取其平均值。对有衬里的标准直管段，应准确了解 衬层厚度和材料类型；对无法测量的参数，根据技术资料现场查明确认。

标准表的安装、使用应符合JJG 1030的要求，或与标准表制造厂家的要求 一致(制造厂家的要求应不低于JJG 1030的要求)。

步骤三：选择流量点

根据现场实际情况确定校准流量点。例如，委托方平时用的流量为50立方 米/小时、100立方米/小时，则在现场按这两个流量点来给委托方校准。

如被校流量计所在的管道无法进行流量调节，且被校流量计是定点使用 的，则流量点可选实际使用流量点。例如，若委托方平时管道流量为10000立 方米/小时，只采用一个泵，要不停水，否则流量为10000立方米/小时，此时只 能选10000立方米/小时这个流量点来进行校准。

步骤四：在线校准

校准时，同时读取并记录标准表和被校流量计的示值。若读取的数值为瞬 时值，则至少读取10个数值，取其平均值；若读取的数值为累计值，则应保证 大于最小读数的1000倍或读取至少20分钟的累计值。被校流量计每个流量点 每次校准的相对示值误差E_ij按以下公式计算：

其中，q_ij为第i流量点第j次校准时的被校流量计示值(瞬时值或累积值)； (q_s)_ij为第i流量点第j次校准时的标准表示值(瞬时值或累积值)。

标准表示值q_s通过以下公式计算：

q_s—标准器显示值(瞬时值)，m³/h；

ν₁—声道上线平均流速，m/s；

K—流速分布修正系数，取值为1；

R—管道外半径，m，

l—管道壁厚；

则被校流量计每个流量点每次校准的相对示值误差E如下：

被校流量计每个流量点的重复性(Er)_i按以下公式计算：

其中，n为第i流量点的校准次数，n≥3；E_i为第i流量点的平均流量值；如 重复性(Er)_i大于0.5％，校准结果不可靠；如重复性(Er)_i小于等于0.5％，校准结 果可靠。

当所述超声波流量计标准表的溯源管径与校准管径之比大于2或小于1/2， 计算被校流量计每个流量点每次校准的相对示值误差E_ij时应增加一个数值为 0.5％的附加误差。附加误差不适用于不确定度。

其中，溯源管径指标准表溯源到上一级时检定或校准所用的管道的管径； 校准管径指在线校准时被校表所在管道的管径。

步骤五：测量不确定度的评定的步骤

分析测量不确定度的来源，建立测量模型，评定A类标准不确定度和B类 标准不确定度，计算合成标准不确定度，确定扩展不确定度。

以下内容为一种管道式液体流量计在线校准测量不确定度的评定。该测量 不确定度的评定首先要分析在线校准中涉及的测量不确定度的来源，然后根据 标准表和被校表的示值之间的函数关系建立测量模型，在此基础上评定A类标 准不确定度每一项B类标准不确定度分量，最后看各项分量是否相关来计算合 成标准不确定度，取合适的包含因子以确定扩展不确定度。

该管道式液体流量计在线校准测量不确定度的评定依据校准方法文件 FFJ1201《管道式液体流量计在线校准方法》，采用德国FLEXIM生产的准确度 等级为0.5级的便携式超声波流量计、最大允许误差±0.07mm的游标卡尺、最 大允许误差±0.2mm的测厚仪、准确度等级为2级的卷尺作为标准设备，对口 径为DN80的电磁流量计进行现场比对校准，最终结果采用示值误差的方法进 行比对。

1.测量模型

电磁流量计在线校准的相对示值误差按式(1)计算：

式中：

E—电磁流量计的示值误差，％；

q—电磁流量计示值(瞬时值)，t/h；

q_s—标准器显示值(瞬时值)，t/h，其计算公式见式(2)。

式中：

q_s—标准器显示值(瞬时值)，m³/h；

ν₁—声道上线平均流速，m/s；

K—流速分布修正系数，取值为1；

R—管道外半径，m。

l—管道壁厚，m

由式(1)、(2)式可得：

2.不确定度的传播

根据不确定度合成原理，考虑式(3)中各输入量不相关，其合成标准不确 定度：

式中：

u_A—重复性引入的标准不确定度；

u_q—被校流量计测量流量引入的标准不确定度；

u_V1—标准表测量流速引入的标准不确定度；

u_R—管道外半径测量引入的标准不确定度；

u_l—管道壁厚引入的标准不确定度；

u_sy—标准表溯源所增加附加误差引入的标准不确定度(如使用管径与 检定管径之比大于2或小于1/2，使用时应增加一个0.5％的附加误差。)

c₁、c₂、c₃、c₄—分别为各项灵敏系数。

3.灵敏系数

4.测量结果不确定度的来源

根据测量结果的最后取值和相对误差计算公式，被校流量计相对误差的标 准不确定度来源主要有以下几个方面：

(1)测量的重复性；

(2)标准表的准确度；

(3)管径测量的误差；

(4)壁厚测量的误差；

(5)标准表因标准溯源所带来的不确定度(测量结果不作修正时，不予 考虑)；

(6)被校流量计的分辨率(与重复性比较，取较大者)；

(7)温度、压力影响相对很小，忽略其不确定度的影响；

(8)标准表溯源所增加附加误差引入的标准不确定度。

5.测量结果的标准不确定度的评定

5.1标准不确定度的A类评定

依据校准方法要求，在实时工况流量下，对测量点记录10次数据取其平均 值作为最终测量结果。本实验对管径DN80的电磁流量计在其正常工作条件下， 分别进行了10次独立重复测量，测量数据见表1。

测量结果的标准不确定度为：

式中：E—第i次测量示值的相对误差；

—n次测量示值相对误差的平均值；

n—测量次数。

由表1中数据可得：

u_A＝0.00364

表1流量计测量数据(DN80)

5.2标准不确定度的B类评定

5.2.1便携式超声波流量计标准表的准确度引起的标准不确定度

根据标准器检定证书可知其最大允许误差为±0.5％，测量的平均流速为2.007m/s按均匀分布考虑，

故，

5.2.2测量管径引入的不确定度

a)管径测量标准器游标卡尺的准确度引入的不确定度，根据游标卡尺检定证 书可知其最大允许误差为±0.07mm，按矩形分布考虑，

故，

b)管径测量读数重复性引入的不确定度，本次对管径进行独立重复测量5 次，最大值41.55mm，最小值41.45mm，极差为0.10mm，应用极差法可得读数 重复性引入的不确定度，极差系数为2.33：

c)管径测量引入的不确定度：

5.2.3测量壁厚引入的不确定度

a)管径测量标准器测厚仪的准确度引入的不确定度，根据测厚仪的技术参数 可知其最大允许误差为±0.1mm，按矩形分布考虑，

故：

b)管径测量读数重复性引入的不确定度，本次对管径进行独立重复测量5 次，最大值3.40mm，最小值3.36mm，极差为0.04mm，应用极差法可得读数重 复性引入的不确定度，极差系数为2.33：

c)管径测量引入的不确定度：

5.2.4被校准流量计引入的标准不确定度

被校准流量计不确定来源主要是被校流量计的读数分辨率带来的不确定 度，本试验被校流量计的读数分辨率为0.01m3/h：

由于被校流量计的分辨率引起的不确定度远小于重复性引入的不确定度， 故被校流量计读数分辨率引入的不确定不予考虑。

6.2.5标准表溯源所增加附加误差引入的标准不确定度

由于本便携式超声波流量计标准表在本院流量室溯源管径可覆盖管径 DN15～DN800，故管径DN80时，标准表溯源所增加附加误差为0，故：

u_sy＝0

5.3合成标准不确定度

5.3.1不确定度汇总表

表2为不确定度汇总表。

表2不确定度分析一览表(DN80)

5.3.2合成标准不确定度计算

以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以合成标准不确定度为：

5.4扩展不确定度

取包含因子k＝2，故，测量结果扩展不确定度为：

U＝k·u_c(E)＝1.27％(k＝2)

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示 的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (8)

1.一种管道式液体流量计在线校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

安装标准表：采用超声波流量计作为标准表；将标准表的换能器固定在被校流量计所在管道的侧壁上；

选择流量点：根据现场实际情况确定校准流量点；如被校流量计所在的管道无法进行流量调节，且被校流量计是定点使用的，则流量点可选实际使用流量点；

在线校准：校准时，同时读取并记录标准表和被校流量计的示值；被校流量计每个流量点每次校准的相对示值误差E_ij按以下公式计算：

其中，q_ij为第i流量点第j次校准时的被校流量计示值；(q_s)_ij为第i流量点第j次校准时的标准表示值。

2.根据权利要求1所述的一种管道式液体流量计在线校准方法，其特征在于，所述标准表示值q_s通过以下公式计算：

q_s—标准器显示值(瞬时值)，m³/h；

ν₁—声道上线平均流速，m/s；

K—流速分布修正系数，取值为1；

R—管道外半径，m，

l—管道壁厚；

则被校流量计每个流量点每次校准的相对示值误差E如下：

3.根据权利要求2所述的一种管道式液体流量计在线校准方法，其特征在于，所述管道外半径R通过以下方式计算：在所述安装标准表的步骤中，用量具分别在标准表换能器安装位置附近的同一截面上等角分布测量n次外直径，或测量n次外周长计算出外直径；外直径平均值D通过以下公式计算：

其中，n为测量次数，n≥5；D_i为第i点测得的管道外直径或计算出的外直径；根据外直径平均值D得出管道外半径R。

4.根据权利要求2所述的一种管道式液体流量计在线校准方法，其特征在于，所述管道壁厚l通过以下方式计算：在标准表换能器安装位置上均布多个点，并使用测厚仪测量管道壁厚，取其平均值；对有衬里的标准直管段，应准确了解衬层厚度和材料类型；对无法测量的参数，根据技术资料现场查明确认。

5.根据权利要求1或2所述的一种管道式液体流量计在线校准方法，其特征在于，在所述在线校准步骤中，被校流量计每个流量点的重复性(Er)_i按以下公式计算：

其中，n为第i流量点的校准次数，n≥3；E_i为第i流量点的平均流量值；如重复性(Er)_i大于0.5％，校准结果不可靠；如重复性(Er)_i小于等于0.5％，校准结果可靠。

6.根据权利要求1所述的一种管道式液体流量计在线校准方法，其特征在于，当所述超声波流量计标准表的溯源管径与校准管径之比大于2或小于1/2，计算被校流量计每个流量点每次校准的相对示值误差E_ij时应增加一个数值为0.5％的附加误差。

7.根据权利要求1所述的一种管道式液体流量计在线校准方法，其特征在于，在所述在线校准步骤后，还包括测量不确定度的评定的步骤：分析测量不确定度的来源，建立测量模型，评定A类标准不确定度和B类标准不确定度，计算合成标准不确定度，确定扩展不确定度。

8.根据权利要求1所述的一种管道式液体流量计在线校准方法，其特征在于，在所述安装标准表的步骤前，进行通用技术要求的检查。

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