摘要:分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計在流量計量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,幾何檢測法主要針對差壓式流量計中標(biāo)準(zhǔn)孔板本身的幾何參數(shù);系數(shù)檢測法主要的測定。分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計由一次裝置和二次裝置以相互獨立的形式組成，故現(xiàn)行的三種檢測方法均不能完全適用于分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的檢定或校準(zhǔn)。在日常工作實踐與分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的特點基礎(chǔ)上,進行了適用于分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法，形成以單項校準(zhǔn)與成套校準(zhǔn)相結(jié)合校準(zhǔn)方法，該校準(zhǔn)方法更符合分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的使用與結(jié)構(gòu)特點,保障分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的準(zhǔn)確溯源。
0引言
分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計由一次裝置和二次裝置兩部分組成,其中一次裝置由標(biāo)準(zhǔn)孔板、取壓裝置和前后測量管以相互獨立的形式組成，二次裝置由差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器(或溫度變送器)和流量積算單元以相互獨立的形式組成。其測.量原理為:以標(biāo)準(zhǔn)孔板安裝在充滿流體的管線中為依據(jù),裝入標(biāo)準(zhǔn)孔板后，流體流過孔板，在孔板的上游側(cè)和下游側(cè)之間產(chǎn)生一個靜壓差，利用該壓差與流量的關(guān)系，可以確定管道流體的流量(質(zhì)量流量或體積流量)。分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計以其優(yōu)越的計量性能，在能源、化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其組成如圖1所示。
分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計結(jié)構(gòu)簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長、價格低廉，應(yīng)用范圍特別廣泛，在封閉管道的流量測量中適用于各種場景。如,在流體方面:適用于單相、多相、潔凈、臟污或粘性流體等;工作狀態(tài)方面:適用于常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等工況環(huán)境等;管徑方面:適用于從幾mm到幾m的管道;流動條件方面:適用于亞音速、音速、脈動流等流體流動狀態(tài)。其在各工業(yè)測量現(xiàn)場的用量約占流量計總用量的1/4~1/3。
分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計如此大的應(yīng)用體量,使其校準(zhǔn)的需求量非常巨大，其檢測數(shù)據(jù)的要求越來越高。目前國內(nèi)對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的檢定或校準(zhǔn)工作一“直參考JJG640-2016《差壓式流量計》開展,其提供的三種檢測方法,即幾何檢測法、系數(shù)檢測法和示值誤差檢測法，其針對的測量對象各自不同:幾何檢測法主要針對差壓式流量計中標(biāo)準(zhǔn)孔板本身的幾何參數(shù);系數(shù)檢測法主要針對差壓式流量計的節(jié)流裝置,即前述的一.次裝置;示值誤差檢測法主要針對一體式差壓流量計進行流量計示值誤差的測定。
而分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計由一次裝置(由標(biāo)準(zhǔn)孔板、取壓裝置和前后測量管組成)和二次裝置以相互獨立的形式組成，與JJG640規(guī)程所述三種檢測方法適用對象并不完全相符，故該文針對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的結(jié)構(gòu)特點，探究了適用于分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法，該方法將不僅關(guān)注分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計各組成部分的檢定校準(zhǔn)，還關(guān).注各部分組成整套流量計后的整體校準(zhǔn)，更符合分體式流量計的結(jié)構(gòu)特點和校準(zhǔn)操作。
1校準(zhǔn)準(zhǔn)備工作
在分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法探究中，結(jié)合工作現(xiàn)場的實際情況，分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)工作分三步進行。第一步,標(biāo)準(zhǔn)孔板檢定/校準(zhǔn)及安裝確認;第二步,配套二次裝置各組成單元的單項校準(zhǔn);第三步，成套校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)前需要對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的要求、校準(zhǔn)環(huán)境及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備探討說明。
1.1技術(shù)要求
分體式差壓流量計中，標(biāo)準(zhǔn)孔板應(yīng)有設(shè)計計算書、首檢證書(或測試報告)、安裝使用說明書等技術(shù)文件,周期檢定/校準(zhǔn)的流量計還應(yīng)有前次檢測/校準(zhǔn)的檢測報告/校準(zhǔn)證書;所配流量積算單元應(yīng)有首檢證書(或測試報告)、參數(shù)設(shè)置清單、使用說明書等技術(shù)文件，周期檢定/校準(zhǔn)的流量計還應(yīng)有前次檢測/校準(zhǔn)的檢測報告/校準(zhǔn)證書;所配壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器應(yīng)有首檢證書(或測試報.告)、使用說明書等技術(shù)文件,周期檢定/校準(zhǔn)的流量計還應(yīng)有前次校準(zhǔn)的校準(zhǔn)證書。
1.2校準(zhǔn)條件
1.2.1環(huán)境條件
溫度:(5~40)℃;
大氣壓力:(86~106)kPa;
相對濕度:(45~75)%RH。
1.2.2標(biāo)準(zhǔn)孔板
標(biāo)準(zhǔn)孔板有檢定證書(幾何檢定、流出系數(shù)檢定/校準(zhǔn))且在JJG640-2016中7.5規(guī)定的檢定周期內(nèi)或具備現(xiàn)場進行幾何檢定的條件。
1.2.3標(biāo)準(zhǔn)孔板的安裝
前后直管段符合GB/T2624.2-2006中6.2規(guī)定的最短要求;管道圓度與圓柱度符合GB/T2624.2-2006中6.4規(guī)定的要求;一次裝置和夾持環(huán)的位置符合GB/T2624.2-2006中6.5規(guī)定的要求;差壓取壓口符合GB/T2624.2-2006中5.2規(guī)定的要求;管道內(nèi)徑、直徑比、雷諾數(shù)的范圍及管道粗糙度符合GB/T2624.2-2006中5.3.1規(guī)定的使用限制要求，可壓縮流體還應(yīng)P2/P1≥0.75。
若測量介質(zhì)為天然氣,標(biāo)準(zhǔn)孔板的安裝應(yīng)滿足GB/T21446-2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量》的要求。
1.2.4導(dǎo)壓管
導(dǎo)壓管的敷設(shè)有利于差壓信號準(zhǔn)確傳導(dǎo)且取壓閥、平衡閥處于正確的開/關(guān)狀態(tài)。
1.3校準(zhǔn)設(shè)備
1.3.1壓力標(biāo)準(zhǔn)器(壓力校驗儀)
壓力發(fā)生范圍:能覆蓋被校準(zhǔn)壓力送器量程或?qū)嶋H壓力測量范圍;控制穩(wěn)定性:<0.005%FS;目標(biāo)壓力穩(wěn)定持續(xù)時間:>5min。
1.3.2溫度標(biāo)準(zhǔn)器(恒溫槽或溫度校驗儀)
溫度發(fā)生范圍:能覆蓋被校準(zhǔn)溫度送器/溫度傳.感器實際溫度測量范圍;準(zhǔn)確度:≤±0.5C;顯示分辨率:0.01℃;溫場波動:±0.03℃/15分鐘;水平溫場:±0.05℃;垂直溫場:≤0.5℃。
1.3.3差壓標(biāo)準(zhǔn)器(差壓校驗儀)
差壓發(fā)生范圍:能覆蓋被校準(zhǔn)差壓送器量程或?qū)嶋H差壓測量范圍;控制穩(wěn)定性:<0.005%FS;目標(biāo)壓力穩(wěn)定持續(xù)時間:>5min;控制響應(yīng)時間:<30s。
1.3.4標(biāo)準(zhǔn)電阻箱
量程:0~400.000Ω;分辨率:10mΩ;準(zhǔn)確度:不低于0.02%RD+0.02Ω。
1.3.5直流信號源
可輸出三路DC(0~20)mA連續(xù)可調(diào)信號;量程:0~22.0000mA;分辨率:1μA;準(zhǔn)確度:不低于0.02%RD+1μA;穩(wěn)定度:0.05%12h。
2校準(zhǔn)項目與校準(zhǔn)方法
2.1校準(zhǔn)項目
校準(zhǔn)項目見表2,分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計單次校準(zhǔn)應(yīng)包括單項校準(zhǔn)和成套校準(zhǔn)兩項。
2.2校準(zhǔn)方法
2.2.1標(biāo)準(zhǔn)孔板檢定/校準(zhǔn)及安裝確認
(1)標(biāo)準(zhǔn)孔板現(xiàn)場檢定校準(zhǔn)
若標(biāo)準(zhǔn)孔板有有效溯源證書,且是幾何檢測法溯源證書，則可依據(jù)JJG640-2016《差壓式流量計》5.1條評估標(biāo)準(zhǔn)孔板引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，依據(jù)附錄B計算標(biāo)準(zhǔn)孔板流出系數(shù);
若標(biāo)準(zhǔn)孔板有有效溯源證書,且是系數(shù)檢測法溯源證書,則可依據(jù)溯源證書的結(jié)果評估標(biāo)準(zhǔn)孔板引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量及計算流出系數(shù);
若標(biāo)準(zhǔn)孔板無有效溯源證書，且?guī)缀螜z測法可以滿足其不確定度要求，則可參照JJG640-2016《差壓式流量計》7.1條對其進行現(xiàn)場校準(zhǔn)。
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計中適用的標(biāo)準(zhǔn)孔板，在實際使用時.應(yīng)根據(jù)實際使用溫度t對標(biāo)準(zhǔn)孔板喉部直徑d,進行修正使用。
若標(biāo)準(zhǔn)孔板無有效的溯源證書，且?guī)缀螜z測法不能滿足其不確定度要求，則可參照JJG640-2016《差壓式流量計》7.2條對其進行系數(shù)校準(zhǔn),校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)給出標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件流出系數(shù)計算公式及標(biāo)準(zhǔn)不確.定度。
(2)技術(shù)文件核驗
核驗檢定/校準(zhǔn)證書的標(biāo)準(zhǔn)孔板各項參數(shù)與待校準(zhǔn)流量計標(biāo)準(zhǔn)孔板是否一致且在規(guī)定的有效期內(nèi)。
核驗檢定/校準(zhǔn)證書給出的測試數(shù)據(jù)(如開孔.徑或流出系數(shù)等)是否符合設(shè)計計算書、GB/T2624(或GB/T21446)及JJG640相關(guān)規(guī)定。核驗設(shè)計計算書給出的流量范圍是否能涵蓋實際流量測量范圍。
核驗設(shè)計的差壓量程是否能涵蓋實際或設(shè)計流量范圍相對應(yīng)的差壓測量范圍(依據(jù)設(shè)計書給出的標(biāo)準(zhǔn)孔板設(shè)計參數(shù)與用戶提供的實際溫度、壓力核算實際或設(shè)計流量范圍相對應(yīng)的差壓測量范圍，當(dāng)實際或設(shè)計流量范圍相對應(yīng)的差壓測量范圍大于差壓設(shè)計量程或低于差壓設(shè)計量程的1/2,應(yīng)按實際或設(shè)計流量范圍相對應(yīng)的差壓測量范圍調(diào)整差壓量程。)
核驗參數(shù)設(shè)置清單中的溫度、壓力量程是否與溫度、壓力變送器設(shè)置一致且能涵蓋實際測量范圍。核驗設(shè)計計算書及參數(shù)設(shè)置清單中其它參數(shù)與實際工作條件是否一致(被校準(zhǔn)節(jié)流式流量計參數(shù)設(shè)置清單一般包括:標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件型式、被測介質(zhì)類型、流量計算方法/標(biāo)準(zhǔn)、物性值計算方法/標(biāo)準(zhǔn)、管道材質(zhì)、管道內(nèi)徑、節(jié)流件材質(zhì)、節(jié)流件開孔徑、溫度量程上下限、壓力量程上下限、差壓量程上下限、瞬時流量單位、累積流量單位及設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、設(shè)計最大流量等內(nèi)容。)
(3)安裝使用條件核驗
現(xiàn)場核驗標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置安裝方式(水平或垂.直)、前后直管段長度、與工藝管道的同心度、差壓管路的引出與敷設(shè)方式、法蘭與夾持環(huán)的位置等,核驗其是否符合GB/T2624-2006(若測量介質(zhì)為天然氣,應(yīng)滿足GB/T21446-2008的要求)與JJG640-
2016的規(guī)定要求。
2.2.2單項校準(zhǔn)
(1)溫度變送器檢定/校準(zhǔn)
在確認被校準(zhǔn)溫度變送器量程與參數(shù)設(shè)置清單中溫度量程上下限--致后，使用溫度標(biāo)準(zhǔn)器(恒溫槽或溫度校驗儀)按照JJF1183-2007溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范進行。
(2)差壓變送器檢定/校準(zhǔn)
在確認被校準(zhǔn)差壓變送器量程與參數(shù)設(shè)置清單中差壓量程上下限一致后,使用壓力標(biāo)準(zhǔn)器(壓力校驗儀)按照JJG882-2019壓力變送器檢定規(guī)程進行。
(3)壓力變送器.
在確認被校準(zhǔn)壓力變送器量程與參數(shù)設(shè)置清單中壓力量程上下限一致后，使用壓力標(biāo)準(zhǔn)器(壓力校驗儀)按照JJG882-2019壓力變送器檢定規(guī)程進行。
(4)流量積算儀
在確認被檢測/校準(zhǔn)流量積算單元中的設(shè)置參數(shù)與參數(shù)設(shè)置清單對應(yīng)參數(shù)一致后,按照JJC1003-2016中7.3.2的規(guī)定進行。
(4)流量積算儀
在確認被檢測/校準(zhǔn)流量積算單元中的設(shè)置參數(shù)與參數(shù)設(shè)置清單對應(yīng)參數(shù)--致后，按照JJC1003一2016中7.3.2的規(guī)定進行。
檢測/校準(zhǔn)前按下圖連接好線,通常被檢儀表通電預(yù)熱10min。如產(chǎn)品說明書對預(yù)熱時間另有規(guī)定的，則按說明書規(guī)定的時間預(yù)熱
①瞬時流量校準(zhǔn)
校準(zhǔn)點取下限流量所對應(yīng)的差壓值和.上限流量25%、50%、75%、100%所對應(yīng)的差壓值附近，以上校準(zhǔn)點是在設(shè)計狀態(tài)下;對于具有壓力、溫度補償功能的，另外應(yīng)在壓力不變，溫度在設(shè)計范圍內(nèi)任取兩點，溫度不變,壓力在設(shè)計范圍內(nèi)任取兩點,流量為最大情況下分別進行校準(zhǔn)。
按選取校準(zhǔn)點，流量積算單元做一次測量。按下式計算每個檢測/校準(zhǔn)點的相對誤差。
式中:Ei為第i檢測/校準(zhǔn)點的相對誤差;qi為第i檢測/校準(zhǔn)點積算單元的示值;qsi為第i檢測/校準(zhǔn)點的瞬時流量的理論計算值。
其中，qsi的計算應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)孔板的參數(shù)及被測介質(zhì)在校準(zhǔn)點的操作條件，依據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和計量檢定規(guī)程進行計算(或使用通過法定計量檢定單位認證的計算軟件進行計算)。介質(zhì)物性值計算應(yīng)符合JJG1003-2016附錄A.2的規(guī)定。
②補償參量校準(zhǔn)
試驗點取零點、0.25Amax、0.5Amax、0.75Amax、Ama。其中，Amx為模擬輸入信號的上限值。對于溫度信號采用熱電阻和熱電偶的.Amax取設(shè)計任務(wù)書溫度上限。
按選取校準(zhǔn)點，流量積算單元作一次測量。按下式計算每個校準(zhǔn)點誤差。
式中:EAi為第i校準(zhǔn)點的誤差;Ai為第i校準(zhǔn)點流量積算單元的示值;A.為第i校準(zhǔn)點輸入信號對，應(yīng)的理論計算值;Amax.為輸入信號上限對應(yīng)的理論計算值。
2.2.3成套校準(zhǔn)
在確認被校準(zhǔn)的分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的變送器及流量積算單元中的設(shè)置與參數(shù)設(shè)置清單對應(yīng)參.數(shù)一致后,參照JJG1003-2016中7.3.2.1的相關(guān)規(guī)定進行。
二次裝置保持實際工作連接狀態(tài)，將溫度傳感器放入溫度標(biāo)準(zhǔn)器(恒溫槽等)中,壓力變送器與壓力標(biāo)準(zhǔn)器(壓力校驗儀)連接,差壓變送器與差壓標(biāo)準(zhǔn)器(差壓校驗儀)連接,通電預(yù)熱10min。
(1)瞬時流量檢測/校準(zhǔn)
校準(zhǔn)點取下限流量所對應(yīng)的差壓值和上限流量25%、50%、75%、100%所對應(yīng)的差壓值附近，以上校準(zhǔn)點是在設(shè)計狀態(tài)下;對于具有壓力、溫度補償功能的，另外應(yīng)在壓力不變，溫度在設(shè)計范圍內(nèi)任取兩點,溫度不變,壓力在設(shè)計范圍內(nèi)任取兩點，流量為最大情況下分別進行校準(zhǔn)。
按選取校準(zhǔn)點，做一次測量。按下式計算每個流量點的誤差。
式中:Ei為第i校準(zhǔn)點的相對誤差;qi為第i校準(zhǔn)點二次裝置的示值;qsi為第i校準(zhǔn)點的瞬時流量的理論計算值。
其中，qsi的計算應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件的型式及被測介質(zhì)在檢測/校準(zhǔn)點的操作條件,依據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和計量檢定規(guī)程進行計算(或使用通過法定計量檢定單位認證的計算軟件進行計算)。介質(zhì)物性值計算應(yīng)符合JJG1003-2016附錄A.2的規(guī)定。
(2)溫度、壓力差壓測量通道校準(zhǔn)
試驗點取零點、0.25Amax、0.5Amax、0.75....max、Amax、Amax。其中,Amax分別為溫度、壓力、差壓變送器上限值。
按選取校準(zhǔn)點，作一次測量。按下式計算每個校準(zhǔn)點誤差。
式中:Ei為第i校準(zhǔn)點的誤差;Ai為第i校準(zhǔn)點二次裝置的示值;A為第i校準(zhǔn)點輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(溫度、壓力、差壓)值;Amax為輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(溫.度、壓力、差壓).上限值。
3結(jié)論與展望
在大量現(xiàn)場工作與工程實際的基礎(chǔ)上對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法,即針對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的構(gòu)成特點，采用單項校準(zhǔn)與成套校準(zhǔn)相結(jié)合校準(zhǔn)方式，解決了規(guī)程中規(guī)定的三種方法無法完全解決分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計實際校準(zhǔn)的問題,形成了更為合理的分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法提高了其校準(zhǔn)工作的效率。在該文確定了校準(zhǔn)方法之后,下一步將對此校準(zhǔn)方法的不確定度進行分析，并在工作中對此方法進行檢驗，對其實用性和合理性進一步驗證。
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