移動式微小口徑液體流量計現場在線校準裝置研究

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

【關鍵詞】移動式；液體流量計；在線校準；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場在線檢測方式。一種是采用便攜式超聲波流量計進行比對，這種方式具有穩定性好、量程范圍廣、不破壞管路和無壓力損失等優點，但在實際應用中，這種方式往往因為管路條件不滿足安裝要求，導致測量結果不準確；另一種方式是利用車載校檢標準器進行測量，但其適用范圍受到流量計工作介質的限制。因此，有必要研究開發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，提高檢測準確度和可靠性，提升液體流量計現場在線校準的能力和服務水平。

1檢測方法和檢測裝置概述

本文設計的在線檢測方法分為標準表串聯比較法或靜態質量法。標準表串聯比較法用于對微小口徑石化用流量計的常用流量范圍進行溯源，靜態質量法用于解決被測流量計瞬時流量低于標準表工作范圍時的流量溯源問題。該檢測方法可以滿足標準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倍的規定，檢測所用的介質與被測石化用流量計工作時所用介質相同，測量時間不受標準器限制，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準器。渦輪流量計在同等口徑下體積小、重量輕，常用于石化產品的流量計量，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準表工作范圍的檢測。該裝置在設計時充分利用了現場被測流量計的工作條件，適當地簡化了標準裝置的結構和組件，同時也配備了可拆卸的備份油泵和穩壓罐，用于解決被測流量計流量穩定性問題。管路的連接采用軟管和多種規格的管路快插接頭，方便與被測流量計的管路進行連接，解決了被測流量計安裝位置情況復雜的問題。裝置采用整體框架式可移動結構，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行轉運。

2不同檢測方法所用裝置介紹

根據兩種檢測方法，本裝置所用的標準器可以分開使用也可以同時使用。標準裝置的主標準器為渦輪流量計及其配套管路和相應儀表，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標準表串聯比較法校準裝置

由于微小口徑液體流量計現場安裝位置的空間比較狹小，傳統的外夾式超聲波流量計溯源方法無法實現。因此，我們設計了一種標準表串聯比較法校準裝置，檢測方式采用現場在線串聯檢測，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裝置連接。裝置具體結構如圖1所示。

本裝置由支撐結構、標準表、管路、開關閥門、調流閥門、溫度變送器、壓力變送器、油泵、穩壓罐、控制及電源系統組成。支撐結構底部帶有輪式行走部件，可實現移動功能，方便運輸轉移。裝置內部管路可連接主標準器、閥門、油泵、穩壓罐、溫度變送器、壓力變送器等，使管路內可流動工作介質。裝置采用渦輪流量計作為主標準器，實現對被測石化品液體流量計進行量值溯源，另外采用DN6～DN25不同口徑的渦輪流量計組合，可實現對不同工作流量范圍的被測石化用流量計進行量值溯源。

本裝置特別設計了一套適合流量計量使用的軟管連接的快拆結構，實現對不同規格口徑流量計自由切換。快拆結構為卡扣式。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。卡套環內壁設置有橡膠環，使用時，石化品管道的自由端穿過該橡膠環。卡套環與凹槽間設置有O型密封圈。卡套環包括上卡套半環、下卡套半環，兩者相對而設，形成環形結構，且上下半環卡套間通過鎖緊螺釘相連為一體。卡套環有多個，多個卡套環的外徑相同，內徑不同。具體結構如圖2所示。

控制及電源系統采用觸屏平板計算機為終端，配合信息處理模塊，實現標準器和被測流量計的信息采集、數據處理及控制功能。渦輪流量計采用頻率輸出，抗干擾能力強，適用于現場可能出現的復雜電磁干擾環境。觸屏平板計算機實現在線檢測數據記錄的無紙化操作，并實現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準裝置，該裝置簡化了非必要的組件，充分利用現場條件。裝置中體積和重量最大的穩罐和機械泵根據現場條件可靈活拆卸攜帶，方便運輸轉移。流量對接軟管采用軟式連接，適合空間狹小的現場條件，對客戶現場檢測空間要求不高。標準表串聯比較法校準裝置主要適用于客戶要求的計量準確度低于1.5級的石化產品流量計。

2.2靜態質量法校準裝置

針對標準表串聯比較法的局限性，我們設計了另一種便攜式靜態質量法微小口徑液體流量計在線校準裝置，結構可以與標準表串聯比較法裝置互換。對于客戶要求的計量準確度較高的微小口徑液體流量計，我們采用準確度等級高的靜態質量法進行檢測。靜態質量法重復性好、準確度高，通過合理設計結構，使之更適用于現場在線檢測。該裝置的具體結構如圖3所示。

本裝置采用雙電子天平設計，實現微小流量計量時滿足不同量程流量的需求，優化了單次檢測時間，實現了提高檢測效率和檢測準確度的雙重目的。

對于特殊流量范圍的被測微小流量計，主標準器還可根據被測對象進行調整，更換適當量程的電子天平（主標準器），以滿足對不同被測對象的工作流量需求。對于易揮發被測介質，本裝置的容器還可以采用軟式容量袋結構，實現對易揮發介質的稱量。測量天平上有稱量容器，稱量容器上方設置有支管，支管上均有用于調節流量的流量調節閥；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。流量管路上還設置有用于開關的通斷閥，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部壓力的壓力傳感器。可拆卸的機械泵及穩壓罐可根據現場條件靈活安裝。

靜態質量法校準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裝置，該裝置簡化了非必要的組件，充分利用現場條件進行代替，利用客戶的介質流量管線、過濾器、穩壓罐等設備，將本裝置的非核心設備進行了優化，且方便運輸轉移、結構緊湊，適用于空間條件復雜的現場，降低了現場檢測空間要求。

3不確定度評定

對某企業需要進行溯源的DN20口徑的流量計，采用串聯比較法對被測流量計進行校準，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。串聯比較法采用0.5級的渦輪流量計為標準器，連續測量3次并計算相對示值誤差，采用貝塞爾公式計算重復性。具體結果見表1。

4結束語

遼寧省內的石化企業、車輛發動機生產企業、航空維修企業等普遍使用各類石化品液體流量計用于流量監測、壓力檢查、耐久性測試等，其中相當一部分流量計需要采用現場在線校準方式。本文介紹的兩種方案有效地解決了流量計在線溯源問題，降低了企業的儀表維護成本，為企業的生產提供了有力的計量保障。

【參考文獻】

[1]液體流量標準裝置：JJG 164—2000[S].

[2]標準表法流量標準裝置：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、校準等。

（編輯：李加鵬）