關于靜態法流量計檢測標準裝置的研究

張 祿，楊立宏

（遼寧省大容量計量站（國家大容量第一計量站），遼寧 撫順 113112）

石油及石油產品的出售或購買及商業性的交接中，計量的準確性是非常重要的因素。準確的計量可以避免在商業中的爭端，同時，也能避免甚至減少重要資源的損耗。在油廠、自來水廠等各種介質生產過程中，或其他生活領域，也會遇到液體流量的測量問題。因此，持續保持流量計的計量準確性是必不可少的[1]。

1 靜態法流量計檢測標準裝置方法

該系統由靜態容積法和標準表法組合組成，次裝置既符合靜態溶劑法的規范要求也保持了標準表法的規范要求[2]，可以依據待檢流量計自身的精度選擇適合的標準裝置進行要求的檢定，也為研究檢定流量計的新方法提供實驗基礎。

靜態容積法水流量標準裝置的工作原理是：將待檢流量計接入到試驗管路中，啟動液體循環系統，當液體以穩定的速度流入待檢流量計和標準工作量器時，開始計時，準確記錄下流量計顯示值和記錄下測量時間；當液體停止流入標準量器時，流量計和計時器信號停止采集流量計信號和計時器信號。得到標準工作量器中流入液體體積、時間和流量計的輸出值，則流量 Q =V/T，從而確定被檢流量計的計量特性[3]，本裝置容積法是由精度0.05%標準量器對被檢流量計進行檢定。

標準流量計法流量標準裝置工作原理：將標準流量計作為計量的標準器，流體流經標準流量計的時間間隔與流經待檢流量計的時間間隔相同，將兩者得到的值比較，確定待檢流量計的計量特性[4]。

本裝置標準表法采用精度等級優于0.2%的電磁流量計作為標準表，標準流量計的量程范圍能夠覆蓋所有被檢流量計的流量點。

2 標準裝置技術指標及結構

此標準裝置主要用于校準或檢定速度式流量計、容積式流量計、質量式流量計等，系統的主要技術指標如下：

靜態容積法裝置不確定度（k=2）：0.05%；標準表法裝置不確定度（k=2）：0.2%。

裝置的流量穩定度：0.2%。

流量范圍：5m3/h～1000m3/h（標準表法）；5m3/h～1000m3/h（靜態容積法）。

檢表口徑：DN50、80、100、150、200、250。

靜態法流量計檢測標準裝置主要包括：儲水循環穩壓系統、計量管線系統、標準器部分和檢定控制系統。

2.1 儲水循環穩壓系統

采用變頻調速器控制水泵流量及容器穩壓雙重穩壓系統。供水系統包括地下儲水池、水泵、球閥、蝶閥、撓性接頭、止回閥、穩壓罐、消氣過濾器、壓力變送器等，3臺水泵總流量達到1000m3/h。

2.2 計量管線系統

檢定管線為6條，平鋪方式，規格：DN250（200）、DN 150（100）、DN80（50），其中實驗玻璃直管段為DN 150。每條管線上配有流量計短節、球閥、氣動夾表器、減震壓力表、檢表回水系統。

2.3 標準器計量系統

由氣動開式擺動噴嘴換向器、球閥、排空管等設備組成。

2.4 自動檢定控制系統

本裝置控制系統采用上、下位機形式，通過計算機實現自動控制。

3 標準裝置設計特點

3.1 儲水池

地下儲水池容積為250m3，表面積為100m2，深度為2.5m，為保證檢定中水池液面波動≤200mm，流速≤0.015m/s的要求，水池內設孔板（使回水能量均布）、擋水墻（氣泡析出、降塵）和積污坑（清理水池）等，以減小池內液體的波動和氣泡的產生，又能很好降低水池液面波動對泵的吸水口壓力波動，提高裝置穩定度。水池深度 2.5m，保證吸水時的過水面積，同時水池的檢表位置設置回水孔。

3.2 穩壓罐

穩壓罐容積為15m3的碳鋼罐，為保證穩壓罐輸出流量壓力波動穩定在0.2%以內，穩壓罐內設隔板及多層帶孔的網格，使檢定管路的液體完全滿足單相恒定流的要求，裝置中的穩壓罐一方面為系統提供穩定的壓力，消除泵源波動，同時消除泵產生大部分氣泡起到消氣的功能。穩壓罐并聯旁路可以任意選擇介質通過穩壓罐或短路穩壓罐，便于比較兩種方式的穩壓效果。

3.3 工作量器

裝置采用一個500m3的立式金屬計量罐作為容積法的標準器，標準容積是采集液位計傳感器產生的脈沖信號。

選用精度等級優于0.2級的流量計組成標準表組，其流量范圍完全能夠覆蓋所有被測流量計流量點的檢定。為了擴大標準表的覆蓋范圍，通過分段標定系數的方法來擴展標準表量程，且不降低使用精度，裝置的標準表法是采用并連標準表的方式。作為標準表的溯源，通過裝置中的工作量器來保證精度，所選最大口徑的標準表為DN200，所以裝置的容積法可以涵蓋所有標準表的溯源工作。標準表作為“容積法”檢定時的瞬時流量指示，同時又可作為檢定裝置“標準表法”的標準器。

3.4 換向器

本裝置采用的是氣動開式擺式噴嘴換向器，為了提高檢定精度，換向器的計時器使用了12M的計時器，時間差小于10ms。

3.5 夾表器

夾表器是通過氣動方式夾緊待檢流量計，為了滿足所有待檢表的需求，夾表器的伸出長度需要達到200mm以上。

3.6 檢定管線

檢定管線共6條，均為平鋪方式，規格為DN250、DN200、DN150、DN100、DN80、DN50，各條檢定管路配備相應的調節閥，為保證裝置的穩定狀態，降低調節所需要的時間，調節閥的線性調節范圍需要達到10%～90%，精度達到1%。

3.7 變頻調速系統

本裝置采用PID方式對流量和壓力進行調節大小和控制起止。儲水循環系統水源為了能夠覆蓋最大流量，通過兩臺泵的組合方式進行提供，其中一臺水泵始終在變頻狀態下工作，為補充工頻泵無法達到的量程。變頻泵在補充工作時，為了不進入死區及非線性區，要避免工作在變頻的下限區域。在流量計檢定過程中，待檢流量計的介質始終要保持穩定狀態。檢定管路的調節閥開度保持不變，待檢流量計前后的壓差保持穩定不變，待檢表流過的流量也是穩定不變的。因此，調節管路前段的壓力穩定才能保持流量穩定。

本裝置主要通過穩壓罐穩壓和變頻調壓方式保持系統壓力穩定，其中穩壓罐穩壓屬于二級穩壓系統，不需要自動控制，直接通過機械自動化實現。通過PID算法實現變頻調壓，變頻調壓能夠直接決定調節效果，是系統性能的重要指標。

4 裝置不確定度分析

4.1 裝置靜態容積法不確定度粗算

容積法裝置相對不確定度公式：

4.1.1 其中s1、u1是計時器的不確定度

由于裝置中計時器選擇的是12M晶體，則晶振穩定度在10-6的數量級上，則A類相對標準不確定度S1（%）=0.001，B類相對標準不確定度U1（%）=0.0005。

4.1.2 s3工作量器單次測量A類標準不確定度

允差為 0.05%工作量器標準不確定度（按照矩形分布考慮）。

4.1.3 s5、s6、u4是換向器不確定度

4.1.4 uv是標準兩期相對標準不確定度

假設選用一等標準量器工作量器進行檢定，標準量器允差按照0.01%考慮，其相對標準不確定度0.006%。

把以上數據帶入裝置不確定公式：

整個裝置擴展不確定度U=ku(k=2)=0.0331%×2=0.0662%

所以整個裝置擴展不確定度≤0.067%（靜態容積法）；裝置擴展不確定度要做到0.05%的話，工作量器精度還得高一些才可以。

4.2 標準表法不確定度粗算

標準表法裝置相對不確定度公式：

其中u21，渦輪流量計的相對標準不確定度：

skj：第j個檢定點的儀表系數的相對標準偏差。

Kj：第j個檢定點的儀表系數的平均值。

5 結論

靜態法流量計檢測標準裝置符合國家標準，其采用的新技術與新工藝能夠滿足DN80～DN300多種類型流量計檢定工作。系統中的變頻穩壓方式，利用計算機對檢定系統進行操作程控化、采集自動化的控制，能夠避免產生人為誤差對系統的影響，檢定準確度得到一定提高，檢定精度也得到保障，量值傳遞的可靠性也得到了保證。