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大口径液体流量计量值溯源方法的探讨研究

一、大口径液体流量计量值溯源现状

经过我们多年的现场能源计量工作, 了解到很多企业从流量计安装使用后就从未进行检定或校准和维护, 只要有数据显示就认为完好, 甚至有些都未进行首检。随着政府加大对节约资源和节能环保的监督力度, 企业自身对计量数据的重视以及贸易双方追求数据的准确, 目前越来越多的企业委托有资质的第三方对大口径液体流量计进行现场校准。

造成大口径流量计未进行量值溯源的原因有:

(1) 无备用管路, 拆卸送检影响正常生产, 且质量重、体积大, 拆卸送检不便。

(2) 1.2m以上大口径流量计的第三方检定机构极少, 超过2.0m以上的大口径流量计暂没有机构进行检定。

(3) 外夹式超声波流量计现场比对方法缺乏相应的技术标准支持, 现场校准不确定度大, 在现有的技术标准中无法对被校流量计进行准确度是否符合要求的判断。

二、现场比对方法的必要性和可行性

本单位自2009年开展大口径流量计现场校准工作, 通过平时现场工作的积累和总结, 发现大口径流量计在使用中存在不少问题:

(1) 安装直管段不符合要求。现场校准中发现, 很多企业管路设计安装时未考虑直管段的要求, 导致测量误差很大, 甚至有些达到10%以上。

(2) 安装在不满管的管道。现场校准工作中发现, 有些企业把流量计安装在斜坡下行的管道中, 导致管道不满管, 经现场校准发现计量偏差最大的达20%以上。

(3) 流量计管道里有污泥和杂草等垃圾, 经校准发现计量偏差最大的超过20%。

(4) 设置参数错误, 包括管径、壁厚、小信号切除等。很多企业从事计量管理的人员专业知识缺乏, 在工作中, 我们发现有些企业管径设置错误, 小信号切除设置为最大流量的10%等, 由此导致巨大偏差。

通过以上分析可知, 由于安装、使用中维护、参数设置等不当造成的计量误差远大于流量计准确度等级的允许误差。考虑到目前的实际情况, 现场比对法尤为必要, 这种方法不仅可以发现由前面分析所存在问题造成的错误, 而且还可以在一定程度上保障数据的准确可靠。

三、现场比对法不确定度分析

1. 工作原理

目前, 现场校准使用的便携式超声波流量计多为时差法原理, 即:利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差, 而传播时间的差异与被测流体的流动速度有关系, 因此测出时间的差异就可以得出流体的流速。

图1 超声波流量计测量示意图

图1 超声波流量计测量示意图

2. 测量模型

本文不确定度分析针对1声程安装方式, 如图1所示。根据超声波的测量原理和现场校准时的测量参数 (测量参数包括:管径、壁厚、安装距离) , 顺流和逆流传播时间与各量之间的关系见式 (1) 和式 (2) 。

大口径液体流量计量值溯源方法的探讨研究

由式 (1) 至式 (5) 得流体轴向平均流速:

大口径液体流量计量值溯源方法的探讨研究

由式 (6) 和式 (7) 得瞬时体积流量:

大口径液体流量计量值溯源方法的探讨研究

式中:Vg———声波在管壁中传播的速度;H———管壁厚度;L———管内声道长度;cf———声波在流体中传播的速度;Vm———流体轴向平均流速;tup———超声波在流体中逆流传播的时间;tdown———超声波在流体中顺流传播的时间;d———管道外径;L1———超声波探头安装距离;Q———瞬时体积流量。

3. 测量不确定度主要来源

本文不确定度分析只考虑测量参数带来的不确定度影响, 忽略了环境等其他影响因素。根据不确定度合成原理, 外夹式超声波流量计现场校准方法测量的瞬时体积流量的合成标准不确定度按式 (9) 计算:

大口径液体流量计量值溯源方法的探讨研究

式中:uc (Q) ———瞬时流量合成标准不确定度;uA (Q) ———瞬时流量不确定度A类分量;u (d) ———管道外径测量引入的标准不确定度;u (H) ———壁厚测量引入的标准不确定度;u (L1) ———安装距离测量引入的标准不确定度;u (ε) ———标准器准确度引入的标准不确定度;kd、kH、kL1———灵敏系数。

四、小结

现场比对法在大口径液体流量计量值溯源中尤为重要, 希望相关部门能组织研究外夹式超声波流量计现场校准的技术标准, 让该方法切实有据可依, 能更好地为企业提供服务, 保障数据的准确。

作者:吴江宏 黄光保 梅书刚 易国贤
广东省计量科学研究院 国家城市能源计量中心(广东)

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