摘要:針(zhen)對水量計量(liang)流量計
無法(fǎ)離線送檢的(de)情況，流量計(jì)一在其他行(hang)業的在線校(xiao)準方法、國内(nei)外研究現狀(zhuang)及應用前景(jing)，分析了現場(chang)校準🏃🏻方法與(yu)裝置的🚩基本(ben)原理和特點(dian)。利用
便攜式(shì)超聲流量計(jì)
準确度高、安(an)裝方便的特(te)點，提出了基(ji)于現場比對(duì)方法用于水(shui)利行業開展(zhǎn)校準技術研(yan)究，并重點闡(chǎn)述便攜式超(chāo)聲流量計用(yòng)🐇于液體流量(liàng)計實流在線(xiàn)校準的🐇技術(shu)要求、測量過(guò)程和🈲計算方(fang)法r可爲今後(hòu)有效開展計(jì)量校準工作(zuò)提供切實可(kě)靠的基礎。
1流(liu)量計的計量(liang)與校準
水量(liàng)計量是進行(háng)水資源宏觀(guān)調控和微觀(guān)管理的重要(yao)基㊙️礎性技術(shu)措施，但以往(wang)水利行業計(ji)量工作🌈基礎(chu)薄弱，涉及水(shui)量計量的有(yǒu)關技術标準(zhun)、标準化裝置(zhì)、量值傳遞和(he)溯源問題十(shí)分突出。我國(guo)擁有大量的(de)流量計測儀(yi)器，而普遍缺(que)少校準設備(bei)，尤其是管道(dao)流量計💋的在(zài)線校準與檢(jiǎn)定規程在水(shui)利行業還是(shi)一個空白，計(ji)量的正确率(lǜ)👄問題PR待解決(jué)。根據國家強(qiáng)制性标準《用(yong)能單位能源(yuan)計量🏃♂️器具配(pei)備和管🌈理通(tong)則》(GB17167-2006)的要求及(ji)相關的計量(liàng)法規，作爲✨結(jie)算的流✂️量計(ji)，都需要進行(háng)周期檢定。但(dàn)是，法規中的(de)檢定周💘期并(bing)不能保證在(zài)用流量⭐計的(de)正确率。由🔞于(yú)使用場合和(hé)介質的複雜(za)性，很多流量(liang)計還沒有到(dào)檢定周期就(jiu)已經超差，因(yīn)此需要通過(guò)采用現場校(xiao)準的核查方(fang)式來🙇🏻保證流(liú)量計量的正(zheng)确率。
校準(calibration)有(you)時也稱标定(ding)或校驗。以前(qián)流量儀表業(yè)内對流🍓量☔值(zhi)傳遞性質的(de)校準習慣用(yòng)“标定”，水工業(ye)内習稱“率定(dìng)”，用戶對判别(bie)準确度性質(zhì)的校準過程(cheng)稱爲“校驗”，現(xian)🧑🏾🤝🧑🏼在這些⛹🏻♀️名稱(chēng)漸趨一緻，改(gai)用“校準”。流量(liang)計的流量校(xiào)準🏃🏻有直接測(cè)量法和間接(jie)測量法兩種(zhong)方法，校準方(fang)式分爲離線(xian)和現❤️場在線(xian)檢測兩種方(fāng)式。
直接測量(liang)法亦稱實流(liú)校準法，以實(shi)際流體流過(guò)被校驗儀表(biao)，再用别的标(biāo)準裝置(标準(zhun)流量計或流(liu)量标準計量(liàng)器具)測出流(liu)體的流量與(yu)被校儀表的(de)流量值作🏃比(bi)較，也稱爲濕(shī)法标定(wetcalibration)。實流(liú)校♊準法獲得(dé)的流量值既(jì)♉可靠又準确(que)，爲目前許多(duō)流量儀表(如(rú)
電磁流量計(ji)
、容積式流量(liàng)計、
渦輪流量(liàng)計
等)所采用(yòng)，而且作爲檢(jian)測标準流量(liàng)的方法。制造(zao)廠在🌐流量計(jì)出廠前均以(yi)實流校準法(fa)在流量校準(zhǔn)标準裝置(有(yǒu)時簡稱流量(liang)标準裝置或(huo)流量校準裝(zhuāng)置📧)上完成流(liu)量量值傳遞(dì)過程。流🐇量校(xiao)準✊标準裝置(zhi)是按照有關(guan)🐕标準和檢定(ding)規定建立的(de)，并由國家授(shòu)權的專門機(jī)構認定，能作(zuo)流量量值傳(chuan)遞的裝置，是(shi)提供流量量(liàng)值的校準設(she)備，其量值可(ke)溯源到質量(liàng)、時間和溫度(dù)的國家計量(liàng)基準量。從計(jì)量學意義上(shàng)，在線🍉實流校(xiao)準最符合正(zheng)确率、一緻性(xing)、溯源🏃性和實(shí)驗性等計量(liang)特點。
幹法校(xiao)準是一種間(jiān)接校準法，是(shi)以測量電磁(cí)流量傳感器(qì)的流通面積(jī)、結構尺寸和(hé)磁通密度B等(děng)參數來計🌍算(suan)流量值。幹法(fa)校準是在20世(shi)紀70年代以解(jiě)決大口徑電(dian)磁流量計無(wu)法實現實流(liú)校準的校準(zhun)方法，在日本(ben)曾🤟作爲工業(yè)标準《應用電(diàn)磁流量計測(ce)量流量的方(fang)法》這類專用(yòng)儀器的應用(yòng)現在已從水(shui)行業擴展到(dào)石油北工等(děng)流程工業。
目(mu)前國内對幹(gàn)法校準進行(háng)了一定的研(yan)究，如浙江大(da)🏃♀️學重點💛分✨析(xī)了渦電場測(ce)量法與面權(quan)重函數法兩(liǎng)種新型幹标(biao)🥰定方法的測(cè)量原理、特點(dian)及實現方法(fǎ);上海地區探(tàn)索和制👌定了(le)“在線檢驗法(fa)”，積累了多😄台(tai)大口徑電磁(ci)流量計檢查(chá)經驗，正在制(zhi)訂《電磁流量(liàng)儀在線校驗(yàn)規範》地方行(hang)業性标準’廣(guǎng)州市自來🈲水(shui)公司還起草(cǎo)了中華人民(mín)共🧡和國城鎮(zhèn)建設行業🚶标(biāo)準《管道🌈式電(dian)磁流量計在(zài)線校準規程(cheng)》(征求意見稿(gǎo))41，等等。但是幹(gàn)法校😄準多用(yong)來檢修或🤞判(pàn)别電磁流量(liang)讨一傳感器(qì)有關技術參(can)數的變化對(dui)測量精度的(de)影響。因爲這(zhe)種✍️方法不直(zhi)觀，不能直接(jie)反映管道的(de)中水流量。
2現(xian)場校準方法(fa)與裝置
在江(jiang)河湖泊的管(guan)道取水計量(liàng)設備主要采(cai)用電磁流🛀量(liang)♈計或
超聲波(bo)流量計
，而檢(jian)測流量的傳(chuán)感器(包括渦(wo)輪、差壓、容積(ji)和質量等其(qi)他類型的流(liu)量計)安裝在(zai)管道内，不便(biàn)于拆卸或受(shou)☔工況的影響(xiǎng)根本無法拆(chāi)卸，如大型輸(shū)水管不允許(xǔ)停水，大口徑(jing)流量計設備(bèi)安裝複💚雜，體(tǐ)積大、重量大(da)難以🌍運輸送(sòng)檢等。流量計(ji)廣泛應用于(yú)水量計👣量和(hé)公用事業，按(an)規定必須在(zai)受控狀态下(xià)運行和定期(qī)校準。如何對(dui)越來越多的(de)大管徑、大流(liu)量的液體流(liu)量計進行現(xiàn)場在線實流(liú)校準，成爲一(yi)個意義重大(da)的問題。因此(ci)，水🔅利行業開(kāi)展現場在線(xiàn)校準技術研(yán)究是很有必(bì)要的，也是非(fei)✂️常具有挑戰(zhàn)性的任務。
流(liu)量計的現場(chǎng)校準和驗證(zheng)實際上是在(zai)現場針對✔️流(liu)量測量系統(tǒng)(包括流量計(jì)、前後連接管(guan)道、介質流動(dong)狀♊态等)的檢(jiǎn)測運作，目前(qián)我國尚沒有(yǒu)明确的在線(xiàn)檢定的計量(liang)♋法規，現場在(zài)線校準方法(fǎ)與技術研究(jiu)有望爲🔅流量(liang)計在線檢定(ding)開拓出一個(ge)可供借鑒🌈與(yǔ)參考的有效(xiào)途徑。
2.1現場校(xiao)準方法與常(cháng)用标準裝置(zhi)
目前采用現(xiàn)場在線校準(zhǔn)的方法有流(liú)量标準裝置(zhi)法和示🚶蹤🧡法(fǎ)🈲，流量标準裝(zhuang)置法又分爲(wèi)固定安裝的(de)基地式和移(yí)動式，其體系(xì)🙇🏻如圖1所示。
2.1.1基(ji)地式流量标(biao)準裝置
(1)标準(zhǔn)體積管。一般(bān)采用一套體(tǐ)積管流量标(biao)準裝置和相(xiàng)🚶應🌂的🔞切☔換閘(zha)閥，就可實施(shi)流量計的定(dìng)時輪換在線(xian)校準🚶♀️。如圖👄2所(suǒ)示，關閥🐕1，開閥(fá)2，流體經待校(xiao)流量計後進(jìn)人标準體積(jī)管實現在線(xian)校準。國内原(yuan)油貿易計量(liàng)基本實行了(le)這種方法。
(2)标(biāo)準流量計。固(gu)定安裝标準(zhun)流量計系統(tong)組成與圖💚2相(xiàng)似，隻是🏒用标(biao)準流量計替(tì)代圖中的标(biāo)準體積管。很(hěn)明顯，基🔆地式(shi)流量标準裝(zhuang)置需要在管(guan)道上預留較(jiao)多的連接管(guǎn)線和切換控(kòng)制閘閥等輔(fǔ)助設備，有🧡些(xie)類型流量計(ji)購置費較低(di)，但其輔助設(shè)備費用會💜大(dà)大超過流量(liàng)計本身購置(zhi)費，這種現場(chǎng)校準裝置💔實(shi)際上在大⭐部(bu)💛分取排水管(guan)道上是不具(jù)備的。
2.1.2移動式流(liú)量标準裝置(zhì)
移動式與基(ji)地式的基本(ben)相同，隻不過(guo)标準裝置是(shì)🏃由專用的汽(qì)車或拖車裝(zhuāng)載，移動式車(chē)載流量标準(zhun)🧑🏽🤝🧑🏻裝置✏️靈活👨❤️👨性(xing)高，到現場檢(jiǎn)定方便，但裝(zhuāng)置設備費用(yòng)較高。
2.2示蹤法(fǎ)
在現場應用(yong)示蹤法校準(zhǔn)流量計國際(ji)上已相當成(cheng)熟，早在20世紀(ji)70年代就頒發(fā)了國際标準(zhun)ISO2975一(1一7)《封閉管(guan)道中水流量(liàng)測量—示🈲蹤法(fa)😄》，标準規定了(le)用放射性示(shi)蹤劑或非放(fang)射性示蹤劑(ji)的實施方法(fǎ)和要求。示蹤(zōng)法測量的🙇♀️基(jī)本工作原理(lǐ)有兩💋類:一是(shi)恒㊙️速注人法(fa)(也有稱稀釋(shi)法)，是在管道(dào)的液體中恒(heng)速注人示蹤(zong)劑，然後測量(liàng)示蹤劑沿管(guan)道長👌度方向(xiàng)的稀釋比例(lì)💃🏻，按擴散稀釋(shi)理論計算流(liu)量;二是示蹤(zong)劑瞬時注人(ren)⚽，然😘後測量示(shì)蹤物流經一(yī)段距離所需(xu)的時間計算(suàn)流量，稱爲傳(chuán)輸時間法❌。傳(chuán)輸時間示蹤(zōng)法也使用于(yú)🔅明渠流、非滿(man)管流或疑有(yǒu)沉澱物的滿(mǎn)管流的流量(liang)校準。
近些年(nián)國内也在探(tan)索示蹤法，試(shi)圖在線校準(zhǔn)大口徑水流(liú)量計。
但是，化(huà)學試劑和同(tong)位素示蹤劑(jì)污染環境，破(po)壞水質，在㊙️水(shuǐ)行業一般很(hen)少采用。
2.3現場(chǎng)比對法
現場(chang)“流量比對”是(shi)指流量計在(zai)現場與其他(ta)“參照流量”進(jin)行比較🔴，例如(rú)臨時夾裝的(de)超聲波流量(liàng)計的測量值(zhi)、流人管系中(zhōng)已丈量過容(rong)量的液體體(ti)積等都可作(zuo)爲“參照流量(liàng)”。關于現場校(xiào)準、比對和驗(yàn)證等名詞的(de)含義，可參看(kan)相關文獻的(de)标準定義☔，不(bu)再贅述。實踐(jian)中許多專業(ye)人員探索出(chu)多種現場比(bǐ)對的方法和(he)間接檢查方(fang)法，主要有以(yǐ)下3種類型:
(1)利(lì)用流程中存(cún)儲容器、工作(zuo)容器、水池或(huò)衡器的容器(qi)衡器🔴法比對(duì)。水池容積比(bǐ)對法是供水(shui)企業經常♍采(cǎi)用的方法，制(zhì)水廠利用大(da)容積清水池(chí)的有利條件(jian)，可獲得較高(gao)的比對精度(du)。
(2)在待測流量(liàng)計的管線預(yu)留位置，以備(bèi)接人參比流(liú)量計😄的流量(liàng)計比對法。
(3)外(wài)敷式超聲換(huan)能器的超聲(shēng)流量計比對(dui)法。外敷式亦(yì)稱外貼式、外(wai)夾式、捆綁式(shì)，超聲波流量(liang)計是流量測(cè)量最有發展(zhan)前途的三種(zhǒng)途徑之一:特(te)别是國外已(yǐ)有産品測量(liàng)🔱精度誤差<土(tu)0.5%，這有利于高(gāo)精度的對🐆比(bi)檢測與現場(chǎng)在線校準系(xì)統的建立，方(fāng)便計量檢🌍定(dìng)部門到現場(chǎng)校準檢測。
3運(yùn)用便攜式超(chāo)聲波流量計(jì)實現在線校(xiao)準
利用便攜(xie)外敷式換能(néng)器超聲流量(liàng)計比對使用(yong)中㊙️的流量💋計(jì)，在供水業應(ying)用十分普遍(bian)。便攜式超聲(shēng)波流量計既(jì)🌍是一🥰種外敷(fu)式又是一種(zhong)便攜式的流(liú)量計量器具(ju)，比較适用于(yu)大口徑流量(liàng)計💰的現場在(zai)線檢測和校(xiào)準，可供水利(li)行業的相關(guan)檢測參考借(jiè)鑒。這裏對有(yǒu)關的原理、方(fang)法和設備等(děng)進行歸納和(he)闡述。
3.1外敷式(shi)換能器超聲(shēng)流量計比對(duì)法原理
其原(yuán)理是:将準确(què)度較高的便(bian)攜式超聲波(bo)流量計作爲(wèi)🏃🏻标準器具，安(ān)裝在被測管(guan)道上進行檢(jiǎn)測，然後🏃🏻将測(cè)量值和被檢(jian)流量計👅的采(cǎi)集數據進行(háng)比對，根據比(bi)對結果計算(suan)被檢🈲流量計(jì)的誤差，誤差(chà)二(測量值一(yi)标準🈲值)/标準(zhǔn)值，再利用計(ji)🌍算的相對誤(wù)差調整被檢(jian)流量計的系(xì)數，使被檢流(liú)量計與✏️便攜(xié)式超聲波流(liú)量計顯示👅流(liu)量數據一緻(zhi)，以達到校準(zhun)被檢流量計(jì)的效果。
3.2标準(zhǔn)流量計的技(ji)術要求
在線(xian)校準采用的(de)便攜式超聲(shēng)流量計應具(ju)有國家法定(dìng)計量檢定機(ji)構出具的檢(jiǎn)定證書，便攜(xie)式超聲流量(liang)🤩計的安裝、使(shǐ)用應嚴格按(an)其操作使用(yong)說明書進行(háng)，應💛符合《超聲(shēng)流量計檢定(dìng)規程》(JJG1030-2007)附錄D的(de)要求}lo;。
在線校(xiao)準用的其他(tā)輔助設備，如(ru)卷尺、測厚儀(yi)、秒表等計量(liàng)器具⭐均應具(ju)有有效的檢(jiǎn)定證書，被校(xiào)流量計應附(fu)有使用說明(míng)書，周期校準(zhǔn)的流量計還(hai)應有前次的(de)校準證書。現(xian)場校準時溫(wen)度、濕度、外界(jiè)磁場、機械振(zhèn)動等環境條(tiáo)件，應符合開(kāi)展現場校準(zhun)的環境條件(jiàn)要求，同時明(míng)确測量介質(zhì)及工作狀态(tài)、介質溫度等(děng)工況🍉參數，了(le)解被校流量(liàng)儀表工作狀(zhuàng)态和參數設(she)置，确認可以(yǐ)開展現場校(xiao)準💰。
3.3測量過程(cheng)及計算方法(fǎ)
(1)管徑測量。用(yòng)量具分别在(zai)換能器安裝(zhuang)位置附近的(de)同一截面上(shang)大緻等角分(fen)布測量n次外(wai)直徑，或測量(liang)幾次外周長(zhang)推算出外直(zhi)徑，其平均值(zhi)D按式(1)計算:
式(shì)中:n爲測量次(cì)數，n≥4;D爲第i點測(ce)得的管道外(wài)直徑或推算(suàn)出☂️的🐇外直徑(jìng)。
(2)壁厚測量。在(zai)換能器安裝(zhuāng)位置均布5個(gè)點，使用測厚(hòu)儀測量管道(dao)🌈壁厚，并取其(qí)平均值。對無(wú)法測量的參(cān)數，如管道👌材(cai)質、襯裏✂️材料(liào)、厚度等，根據(ju)現場技術資(zi)料查明并确(que)認。
(3)标準表安(an)裝。将上述管(guǎn)道參數輸人(rén)标準表内，得(de)出換😍能器🔱安(an)裝距離。在安(ān)裝标準表管(guan)段上畫線定(ding)位，确定換能(néng)器的位置。清(qing)理已定安裝(zhuang)位置附近的(de)管壁，将管壁(bi)上的油漆、鐵(tiě)鏽、污垢等清(qīng)除♍幹淨，露出(chū)管道材質，打(da)🏃♀️磨光滑。在換(huan)能器表面均(jun1)勻塗以禍合(hé)劑，換能器上(shàng)标志對準安(an)裝位置，使其(qí)發射面與管(guan)壁緊密接觸(chù)，并固定在管(guan)道上。将❤️換能(neng)器信号傳輸(shu)電纜連接到(dào)轉換器上，按(an)要求将信号(hao)調試到最佳(jia)狀态。
(4)計量性(xing)能校準。在一(yī)定的時間内(nèi)分别讀取被(bèi)校流量計和(hé)标準表的流(liu)量示值，分别(bie)按式(2)~式(4)計算(suan)被校流量計(jì)的示值誤差(chà)💃和重複性:
式(shì)中:E。爲流量計(jì)每個流量點(dian)每次校準的(de)相對示值誤(wù)差;qij爲👈第i流量(liàng)點第j次校準(zhǔn)時的流量計(ji)示值(瞬時值(zhí)或累積值);(qs)。爲(wèi)第i流😄量點🔞第(di)j次校準時的(de)标準表示值(zhí)(瞬時值或累(lei)積值);Ei爲被校(xiao)流量計第i流(liú)量點示值🌈誤(wu)差;(Er):爲被📱校流(liú)量計第i流量(liàng)點重複性。
流(liu)量點一般選(xuǎn)擇1~3個，每個流(liú)量點校準3次(ci)。每次校準時(shí)，同時😍讀🐪取并(bing)記錄流量計(ji)和标準表的(de)示值，比對标(biao)定法必須保(bǎo)😍證比🍉對過程(cheng)中時間的同(tong)步。若讀取的(de)數值爲瞬時(shi)值，則至少讀(du)取🍉20個數值，取(qǔ)其平均值;若(ruo)讀取的數值(zhi)爲累積值，則(ze)應保證大于(yú)最小讀數🌍的(de)1000倍或讀取至(zhì)少20min。的累積值(zhi)。
便攜式超聲(sheng)波流量計在(zai)實際應用中(zhōng)具有不可替(tì)代的優勢:可(kě)🍉實現不斷流(liu)測量，設備體(tǐ)積小，便于攜(xie)帶，安裝方🚩便(biàn);外敷式探頭(tóu)，不幹擾流場(chang)，無壓力損失(shī);儀表無可動(dòng)及易損部🧡件(jian)，穩定🤞性好;适(shi)♌用範圍廣，可(ke)用于各種類(lei)型流量計的(de)在線比對;适(shi)應性強，可用(yong)于不同管徑(jing)、不同介質(高(gāo)🚶♀️溫、高壓、易爆(bào)、高勃度、強腐(fu)蝕、放射性高(gāo))的比對，标準(zhǔn)表價格基本(ben)與所測🔞管徑(jing)無關，性價比(bǐ)高。
但是，便攜(xie)式超聲波流(liu)量計受其自(zì)身測量方式(shi)的🚶♀️限制，測量(liang)精度受到很(hěn)多外界因素(su)的影響，人爲(wèi)因素對測量(liàng)的影響較大(dà)，對💰專業檢測(ce)人員的技術(shù)性和經驗性(xìng)要求很強、操(cao)🐉作要求很高(gao)，還需要在實(shi)踐中進一步(bù)積累經驗，形(xíng)成技術⚽規範(fàn)。
4結論
現場校(xiao)準方法是計(ji)量技術發展(zhan)的趨勢，特别(bie)是運用便攜(xie)♋式超💃🏻聲波流(liú)量計開展在(zài)線流量計的(de)校準是可行(hang)的方法，能極(ji)大地方便現(xian)場計量校準(zhun)工作，有效降(jiang)低計量🏒方面(miàn)的資金消耗(hào)，易于推廣應(ying)用。資料表明(míng)，通過開展流(liu)量計量儀表(biao)現場校準技(jì)術的研究與(yu)應用，可以提(tí)高計量檢測(ce)水平👅，達到周(zhōu)期性計量檢(jiǎn)定的目🙇♀️的，使(shi)在線流量計(jì)測量數據準(zhǔn)确可靠，隻要(yào)準确操作，盡(jin)量減少随機(ji)誤⭐差和附加(jiā)誤差，是可以(yǐ)達到國家有(you)🧑🏾🤝🧑🏼關部門對于(yú)工業及民用(yòng)水計量準确(que)度要求的。
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