在線大口徑流量計比對方法淺析

摘要：對在線大口徑流量計校準和比對方法作簡單的介紹，并舉例說明引入不確定度值計算的方法，為大口徑流量計在線比對提供參考。

關鍵詞：在線 測量 校準 比對 不確定度

在自來水廠中應用流量儀表來進行監控，對生產過程進行檢測和管理，不但能提高供水現代化管理水平，使其準確計量水量，及時提供科學有效的計量數據，減少計量損失，為企業提高經濟效益提供科學依據，而且還能達到降低消耗，節約用水，從而產生良好的社會效益。

對供水行業如何管好、用好流量計以及保證流量計在線計量的準確性，已提到了重要位置。下面就我集團公司在線流量儀表應用中如何保證流量計的準確性做一簡單的介紹。

1 大口徑流量儀表的應用

我集團公司日供水能力為90萬噸，輸水管徑從DN300—DN2000，在應用大口徑流量儀表進行在線測量已有十幾年的歷史，先后安裝在泵站、加壓站、分區計量測量點及對廠礦供水管線上，流量計類型為插入式渦輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計共計150多臺。為了保證在線流量計的準確性，我們分析了在線大口徑流量計的測量過程。因為流量計在線測量過程中所測量的介質是流動的，而且這種流動的狀態是變化的，是不可預測的，另外每臺流量計安裝的條件，如被測管徑的形變、前后直管段的要求、測量介質的溫度、外部電磁波干擾等等是不一樣的。從流量計的測量原理看出，流量計是以測量管內一點或一線的流速，那么流經流量計液體的流態才是影響流量計準確性的最主要原因。首先流態必須是平穩的。所以測量點的選擇首先要對被測管的標高、直管段距離、管道材質等進行數據采集，找出最佳平穩流態的管段，惡劣的管道條件應該加以改造，達到標準要求，因此在流量計的安裝中，一般都對安裝流量計點的前后直管段做了要求，流量計對直管段的安裝標準是，距離水泵要求是50D、距離閥門及其它管件是30D、距離彎管為前10D、后5D（安裝位置前面的直管段長不小于十倍的管徑，后不小于五倍的管徑）；對電磁流量計為前5D、后2D。其次按照安裝說明書的步驟、技術要求安裝。現在我公司在測量點處對被測管道采用不銹鋼管來保證管內的流場和管徑達到標準。除了上述方法之外，在長期運行中還不能夠完全保證在線流量計始終處于所要求的準確度范圍內。可是對于大口徑流量儀表也不能定期拆下來在標準校驗裝置進行校驗，這方面涉及到大口徑輸水管線能否停水問題以及建立大型標準校驗裝置的資金問題。因此，我集團公司采用了在線大口徑流量儀表比對方法。

下面主要談談在線大口徑流量儀表的檢測法測量。

2 在線大口徑流量計檢測方法

流量計在出廠時已經標定了準確度，這是在理想狀況下標出的。但是在長期使用中，我們在匯總水廠水量時常會出現差錯或在對廠礦企業供水結算時為水量而發生糾紛，流量計在線測量不可能始終保持在儀表允許誤差范圍內，即出現計量誤差，而且誤差是經常變化。所以，流量計的在線的準確度是須要進行周期性檢測。

檢測法測量的前期工作：

檢測表的選型：檢測表除具有一般在線流量計測量的基本性能外，還應具有以下特點：準確度、線性、穩定性及重復性好；易于安裝和操作，適用環境較寬松，容易移動，便于攜帶。我集團公司現在選用的檢測表為日本富士便攜式超聲波流量計，經國家認證的法定機構標定的準確度為1.5級，測量方式為外貼式（V）法或（Z）法，測量管徑范圍DN13—DN6000（mm），被測量管材為普通鋼、不銹鋼、鑄鐵、塑料等，并具有打印功能。

對現場測量條件要求：前面已經講到，為了保證比對儀表所測量的介質具有穩定的流態，要求距離被測在線流量計的檢測點要有10D，建立測量點，并要求測量管道表面光滑，管內壁沒有防腐層襯里，對儀表供電電源要有良好的接地，以避免不必要的干擾，測量井內應保持清潔干燥。

①校準法測量。在規定條件下，為確定測量儀器或測量系統所指示的量值，或實物量具或參考物質所代表的量值，與對應的由標準所復現的量值之間關系的一組操作。

例1：對三道溝水廠二泵5#號管DN900輸水管插入式渦輪流量計進行流量校準測試，插入式渦輪流量計標稱準確度為2.5級，在同地點對同一穩定的被測對象進行校準法測量。

測量結果為3次累計流量的平均值，一次為30分鐘，三次流量分別為：在線流量儀表q1=1986、q2=1996、q3=2021；

校準流量儀表q1=2022、q2=2084、q3=2101

設■1在線儀表平均流量；■2校準儀表平均流量

平均值為■1=■=2001；

■2=■=2069。則■1=2001m3；■2=2069m3時

校準法得到的測量誤差為（■1-■2）/■2×100%=（2001-2069）/2069×100%=-3.29%

根據計算可以得知該流量計超出允許誤差范圍。

應采用調整在線流量儀表系數，重新進行校準，直到在線流量計在允許誤差范內。那么，調整流量儀表的系數，可以根據兩臺流量儀表所測量的平均量值■1、■2與調整前后系數之比來計算。

即■=■，K1—調整前儀表系數為K1=4236，K2—調整后儀表系數，則調整后儀表系數K2=4236×2069/2001=4380。

②比對法測量。比對法的依據，依照國家質量技術監督局發布的《中華人民共和國國家計量技術規范》JJF1033—2001。

采用測量不確定度中的兩臺相同準確度等級的計量標準比對法，若兩臺計量標準的測量結果分別為y1和y2，它們的擴展不確定度分別為U1和U2，并且兩臺計量標準的量值不是同一臺高一級計量標準所傳遞的，則應滿足：|y1-y2|≤■

根據上述原則，若要對兩臺具有相同最大允許誤差的儀器進行比對，則可用兩臺儀器分別測量同一穩定的測量對象，若得到的測量結果分別為y1和y2，于是：

①、假定儀器的測量結果均勻分布，故兩者由儀器誤差所引入的標準不確定度均勻為■，a為儀器允許誤差限的絕對值。

②、若其他影響均可以忽略，并取k=2，故兩者的擴展不確定度

U1=U2=■

于是比對結果應滿足：

即|y1-y2|≤■=■·■。|y1-y2|≤1.63a。

例2：我集團公司在三道溝水廠一泵至金屯DN450輸水管線進行在線流量計比對測試時，采用的是超聲波流量計，其兩臺流量計的準確度等級同為1.5級，一臺為便攜式超聲波流量計作為比對用儀表、另一臺為在線運行的超聲波流量計，因無法進行水量調節，只能在同地點對同一穩定的被測對象進行比對法測量。

測量結果為3次累計流量的平均值，一次為30分鐘，三次流量分別為：在線流量儀表q1=587、q2=590、q3=605.

校準流量儀表q1=595、q2=619、q3=613

設y1—在線儀表測量值；y2—比對儀表測量值

平均值為y1=■；y2=■=609

則y1=594m3；y2=609m3時

則比對法得到的測量結果之差|y1-y2|=|594-609|=15（m3）

在線儀表絕對值=594×0.015=8.91(m3)

比對儀表絕對值=609×0.015=9.135(m3)

從上述數值可以看出，在線儀表絕對值為8.91m3為最小。

根據|y1-y2|≤1.63a。

當a=8.91時，在線比對的測量結果|y1-y2|=1.63a=14.52

即比對法得到的測量結果之差15大于等于不確定度14.52

證明在線流量計不在允許誤差范圍內運行。

因為只有|y1-y2|≤1.63a，才符合條件，所以在線流量計超出允許誤差范圍。可以使用校準測量法進行重新設置儀表系數，再進行比對測量，至到在線流量計在允許誤差范圍內。