【摘要】本文通過分析微小口徑液體流量計在線校準(zhǔn)時可能出現(xiàn)的問題，提出了兩種解決方案，同時設(shè)計了一種用于現(xiàn)場在線校準(zhǔn)微小口徑液體流量計的校準(zhǔn)裝置并給出校準(zhǔn)方法，對校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行了不確定度評定。希望本研究可以為從事相關(guān)工作的計量檢定人員提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】移動式；液體流量計；在線校準(zhǔn)；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.061

Research on Onsite Online Calibration the Mobile Device of Small Fluid Flow Meter

LIU Yang

（Liaoning Institute of Measurement， Shenyang 110004， China）

Abstract： This article analyzes the potential problems that may arise during the online calibration of small-caliber liquid flowmeters， and proposes two solutions. It also designs a calibration device for onsite online calibration of small-caliber liquid flowmeters， and provides a calibration method， along with uncertainty evaluation of the calibration results. The study aims to provide reference and guidance for metrology and calibration personnel involved in related work.

Keywords： mobile device； fluid flow meter； online calibration； uncertainty

目前，對于微小口徑液體流量計有兩種現(xiàn)場在線檢測方式。一種是采用便攜式超聲波流量計進(jìn)行比對，這種方式具有穩(wěn)定性好、量程范圍廣、不破壞管路和無壓力損失等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中，這種方式往往因為管路條件不滿足安裝要求，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確；另一種方式是利用車載校檢標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行測量，但其適用范圍受到流量計工作介質(zhì)的限制。因此，有必要研究開發(fā)一種新的檢測方法和裝置，以減少不利因素對量值溯源的影響，提高檢測準(zhǔn)確度和可靠性，提升液體流量計現(xiàn)場在線校準(zhǔn)的能力和服務(wù)水平。

1檢測方法和檢測裝置概述

本文設(shè)計的在線檢測方法分為標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)比較法或靜態(tài)質(zhì)量法。標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)比較法用于對微小口徑石化用流量計的常用流量范圍進(jìn)行溯源，靜態(tài)質(zhì)量法用于解決被測流量計瞬時流量低于標(biāo)準(zhǔn)表工作范圍時的流量溯源問題。該檢測方法可以滿足標(biāo)準(zhǔn)器使用時所要求的前段管道長度和后段管道長度分別是管徑的10倍和5倍的規(guī)定，檢測所用的介質(zhì)與被測石化用流量計工作時所用介質(zhì)相同，測量時間不受標(biāo)準(zhǔn)器限制，可以滿足不同流量點下的量值溯源問題。

檢測裝置采用渦輪流量計和電子天平為標(biāo)準(zhǔn)器。渦輪流量計在同等口徑下體積小、重量輕，常用于石化產(chǎn)品的流量計量，用于檢測被測流量計的常用工作流量范圍；電子天平用于被測流量計的瞬時流量低于標(biāo)準(zhǔn)表工作范圍的檢測。該裝置在設(shè)計時充分利用了現(xiàn)場被測流量計的工作條件，適當(dāng)?shù)睾喕藰?biāo)準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)和組件，同時也配備了可拆卸的備份油泵和穩(wěn)壓罐，用于解決被測流量計流量穩(wěn)定性問題。管路的連接采用軟管和多種規(guī)格的管路快插接頭，方便與被測流量計的管路進(jìn)行連接，解決了被測流量計安裝位置情況復(fù)雜的問題。裝置采用整體框架式可移動結(jié)構(gòu)，外形尺寸為500 mm×600 mm×300 mm，重量約為35 kg，可利用普通乘用車進(jìn)行轉(zhuǎn)運。

2不同檢測方法所用裝置介紹

根據(jù)兩種檢測方法，本裝置所用的標(biāo)準(zhǔn)器可以分開使用也可以同時使用。標(biāo)準(zhǔn)裝置的主標(biāo)準(zhǔn)器為渦輪流量計及其配套管路和相應(yīng)儀表，電子天平及配套容量罐的接口在裝置的末端，需要時可以隨時連接。

2.1標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)比較法校準(zhǔn)裝置

由于微小口徑液體流量計現(xiàn)場安裝位置的空間比較狹小，傳統(tǒng)的外夾式超聲波流量計溯源方法無法實現(xiàn)。因此，我們設(shè)計了一種標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)比較法校準(zhǔn)裝置，檢測方式采用現(xiàn)場在線串聯(lián)檢測，檢測時將被測流量計入口和出口的連接管路打開，利用快拆接口將軟管與校準(zhǔn)裝置連接。裝置具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本裝置由支撐結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)表、管路、開關(guān)閥門、調(diào)流閥門、溫度變送器、壓力變送器、油泵、穩(wěn)壓罐、控制及電源系統(tǒng)組成。支撐結(jié)構(gòu)底部帶有輪式行走部件，可實現(xiàn)移動功能，方便運輸轉(zhuǎn)移。裝置內(nèi)部管路可連接主標(biāo)準(zhǔn)器、閥門、油泵、穩(wěn)壓罐、溫度變送器、壓力變送器等，使管路內(nèi)可流動工作介質(zhì)。裝置采用渦輪流量計作為主標(biāo)準(zhǔn)器，實現(xiàn)對被測石化品液體流量計進(jìn)行量值溯源，另外采用DN6～DN25不同口徑的渦輪流量計組合，可實現(xiàn)對不同工作流量范圍的被測石化用流量計進(jìn)行量值溯源。

本裝置特別設(shè)計了一套適合流量計量使用的軟管連接的快拆結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對不同規(guī)格口徑流量計自由切換。快拆結(jié)構(gòu)為卡扣式。相對于法蘭連接式（口徑大且管道壓力較高）和螺紋連接式（口徑小且管道壓力較低），卡扣式連接適用于管道壓力不大、口徑較小的情況?？ㄌ篆h(huán)內(nèi)壁設(shè)置有橡膠環(huán)，使用時，石化品管道的自由端穿過該橡膠環(huán)?？ㄌ篆h(huán)與凹槽間設(shè)置有O型密封圈?？ㄌ篆h(huán)包括上卡套半環(huán)、下卡套半環(huán)，兩者相對而設(shè)，形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，且上下半環(huán)卡套間通過鎖緊螺釘相連為一體?？ㄌ篆h(huán)有多個，多個卡套環(huán)的外徑相同，內(nèi)徑不同。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

控制及電源系統(tǒng)采用觸屏平板計算機為終端，配合信息處理模塊，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)器和被測流量計的信息采集、數(shù)據(jù)處理及控制功能。渦輪流量計采用頻率輸出，抗干擾能力強，適用于現(xiàn)場可能出現(xiàn)的復(fù)雜電磁干擾環(huán)境。觸屏平板計算機實現(xiàn)在線檢測數(shù)據(jù)記錄的無紙化操作，并實現(xiàn)檢測記錄的實時生成，確保檢測工作的可靠性和及時性。

相比在實驗室使用的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，該裝置簡化了非必要的組件，充分利用現(xiàn)場條件。裝置中體積和重量最大的穩(wěn)罐和機械泵根據(jù)現(xiàn)場條件可靈活拆卸攜帶，方便運輸轉(zhuǎn)移。流量對接軟管采用軟式連接，適合空間狹小的現(xiàn)場條件，對客戶現(xiàn)場檢測空間要求不高。標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)比較法校準(zhǔn)裝置主要適用于客戶要求的計量準(zhǔn)確度低于1.5級的石化產(chǎn)品流量計。

2.2靜態(tài)質(zhì)量法校準(zhǔn)裝置

針對標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)比較法的局限性，我們設(shè)計了另一種便攜式靜態(tài)質(zhì)量法微小口徑液體流量計在線校準(zhǔn)裝置，結(jié)構(gòu)可以與標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)比較法裝置互換。對于客戶要求的計量準(zhǔn)確度較高的微小口徑液體流量計，我們采用準(zhǔn)確度等級高的靜態(tài)質(zhì)量法進(jìn)行檢測。靜態(tài)質(zhì)量法重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高，通過合理設(shè)計結(jié)構(gòu)，使之更適用于現(xiàn)場在線檢測。該裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

本裝置采用雙電子天平設(shè)計，實現(xiàn)微小流量計量時滿足不同量程流量的需求，優(yōu)化了單次檢測時間，實現(xiàn)了提高檢測效率和檢測準(zhǔn)確度的雙重目的。

對于特殊流量范圍的被測微小流量計，主標(biāo)準(zhǔn)器還可根據(jù)被測對象進(jìn)行調(diào)整，更換適當(dāng)量程的電子天平（主標(biāo)準(zhǔn)器），以滿足對不同被測對象的工作流量需求。對于易揮發(fā)被測介質(zhì)，本裝置的容器還可以采用軟式容量袋結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對易揮發(fā)介質(zhì)的稱量。測量天平上有稱量容器，稱量容器上方設(shè)置有支管，支管上均有用于調(diào)節(jié)流量的流量調(diào)節(jié)閥；支管分別與流量管路相連通，該流量管路的出口通過連接軟管與微小口徑液體流量計相連，所述連接軟管與微小口徑液體流量計的出口管線通過卡扣式相連。流量管路上還設(shè)置有用于開關(guān)的通斷閥，并集成了用于測量管路溫度的溫度傳感器和用于測量管路內(nèi)部壓力的壓力傳感器?？刹鹦兜臋C械泵及穩(wěn)壓罐可根據(jù)現(xiàn)場條件靈活安裝。

靜態(tài)質(zhì)量法校準(zhǔn)裝置適用于口徑小于15 mm的微小流量計的在線測量。相比實驗室使用的液體流量校準(zhǔn)裝置，該裝置簡化了非必要的組件，充分利用現(xiàn)場條件進(jìn)行代替，利用客戶的介質(zhì)流量管線、過濾器、穩(wěn)壓罐等設(shè)備，將本裝置的非核心設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，且方便運輸轉(zhuǎn)移、結(jié)構(gòu)緊湊，適用于空間條件復(fù)雜的現(xiàn)場，降低了現(xiàn)場檢測空間要求。

3不確定度評定

對某企業(yè)需要進(jìn)行溯源的DN20口徑的流量計，采用串聯(lián)比較法對被測流量計進(jìn)行校準(zhǔn)，不確定度評定過程如下。

被測流量計瞬時流量為15 L/min，采用累積流量計算示值誤差，測量時間約60 s，累積量約15 L。串聯(lián)比較法采用0.5級的渦輪流量計為標(biāo)準(zhǔn)器，連續(xù)測量3次并計算相對示值誤差，采用貝塞爾公式計算重復(fù)性。具體結(jié)果見表1。

4結(jié)束語

遼寧省內(nèi)的石化企業(yè)、車輛發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)、航空維修企業(yè)等普遍使用各類石化品液體流量計用于流量監(jiān)測、壓力檢查、耐久性測試等，其中相當(dāng)一部分流量計需要采用現(xiàn)場在線校準(zhǔn)方式。本文介紹的兩種方案有效地解決了流量計在線溯源問題，降低了企業(yè)的儀表維護(hù)成本，為企業(yè)的生產(chǎn)提供了有力的計量保障。

【參考文獻(xiàn)】

[1]液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置：JJG 164—2000[S].

[2]標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置：JJG 643—2003[S].

【作者簡介】

劉洋，男，1980年出生，高級工程師，研究方向為流量計的檢定、校準(zhǔn)等。

（編輯：李加鵬）