如何現(xiàn)場驗證流量計示值的準確性

    流量計在出廠之前需按檢定規(guī)程進行檢定。有些種類流量計，如渦街流量計、電磁流量計、渦輪流量計、科氏力質(zhì)量流量計等還須在流量標準裝置上通入校準流體，對被檢表進行逐臺校準（calibration），校準有時也稱對刻度進行標定。但是出廠檢定合格的流量計安裝到使用現(xiàn)場后，一般還得經(jīng)過使用環(huán)節(jié)的實踐考驗，才算真正“合格”，這一環(huán)節(jié)就是交工驗收時對流量計示值準確性的現(xiàn)場驗證。將這項工作稱作“驗證”，是因為它不同與檢定。“檢定”這個術(shù)語在國家標準中的定義是“查明或確認計量器具是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標記和（或）出具檢定證書”[4]。很明顯，對于流量計，檢定是對某臺器具所進行的工作。而一臺流量計安裝到使用現(xiàn)場后，往往還要同其他相關(guān)聯(lián)的儀表（如二次表）配套，連同被測對象一起組成流量測量系統(tǒng)，并在特定的使用環(huán)境中運行。一個流量測量系統(tǒng)中所包含的各臺計量器具可能全部是合格的，但組成一個流量測量系統(tǒng)卻可能不合格，因為器具選型不當，量程選擇不當，器具之間匹配不合適，安裝不合理，環(huán)境惡劣使器具不能適應(yīng)，測量對象對器具測量范圍度要求太高等原因，都會造成系統(tǒng)誤差太大。所以，這里所說的驗證是對為一個具體的對象服務(wù)的在一個特定的環(huán)境中運行的測量系統(tǒng)而言。一套流量計在某個特定的環(huán)境中運行可能不“合格”，而換一個環(huán)境，可能是“合格”的。對這一對象服務(wù)可能不“合格”，改作為另一對象服務(wù)，可能又是“合格”的。因此，驗證不能脫離具體的系統(tǒng)，具體的現(xiàn)象，具體的環(huán)境。

    “比對”這個術(shù)語在《計量辭典》中的定義是“在規(guī)定條件下，對相同準確度等級的同類基準、標準，或工作用計量器具之間的量值進行比較”[5]。看來用比對來代表現(xiàn)場的驗證工作也不*合適，因為現(xiàn)場驗證有些是在相同準確度等級的測量系統(tǒng)之間進行比較，而有的卻不是。“驗證”一詞在GB/T  6583－1994中定義為“通過檢查和提供客觀證據(jù)表明規(guī)定要求已經(jīng)滿足的認可”[6]。這雖是質(zhì)量管理和質(zhì)量保證標準中的術(shù)語，將其借用到測量系統(tǒng)的質(zhì)量管理，基本上也合用。

但是不管叫什么名稱，這項工作還是必須做的，而且是一件十分重要的事。驗證時可能是供應(yīng)商提出很多數(shù)據(jù)和理由，證明測量系統(tǒng)示值是足夠準確的，而由業(yè)主單位進行驗收；也可能是安裝調(diào)試單位交工，而由建設(shè)單位或建設(shè)單位委派的監(jiān)理單位驗收；在同一個單位中，則可能是儀表計量設(shè)備部門交工，而由使用部門驗收。

下面介紹常用的現(xiàn)場驗證方法。

還要說明一點，這里所說的槽、罐等容器可能已作量值傳遞，并取得“容積計量檢定證書”，可具有明確的精確度；但若這些計量容器不符合規(guī)程規(guī)定的要求，未能作法定檢定，就不能作為流量儀表高一級的標準容器，或容器精確度不夠（如作標準容器用的水池精確度低），因此不能稱作校驗，更談不上校準或檢定，只能稱“比對”或“驗證”。即使圖6.14所示的標準容器是已經(jīng)取得檢定證書的精確度很高的標準容器，由于現(xiàn)場使用的切換機構(gòu)和計時系統(tǒng)不夠完善，難以獲得較高的系統(tǒng)精確度，所以這樣的操作只能稱得上“比對”或“驗證”。

③用稱量法進行校驗。用稱量法對被校表進行現(xiàn)場校驗，其管路連接。

     計算標準裝置測得的體積值并進一步計算被校表誤差。

                                            （6.17）

式中            

         C=                        （6.18）

式中  V——經(jīng)換算修正得到標準裝置測得的體積值，m³；

      Vs——標準裝置測得的未經(jīng)修正的體積值，m³；

      M——稱量液體所加的標準砝碼示值（M=M₂-M₁），kg；

      C——空氣浮力修正系數(shù)（純數(shù)）；

      ——工作液體的密度，kg/m³；

      ——標準砝碼的材料密度，kg/m³；

      ——空氣密度，kg/m³；

      C_t1——工作液體溫度修正系數(shù)（純數(shù)）；

      C_p1——工作液體壓力修正系數(shù)（純數(shù)）；

      ——工作液體膨脹系數(shù)，℃^－1；

       F₁——工作液體壓縮系數(shù)，Pa^－1；

        tm,ts——分別為流量計處和稱重容器內(nèi)的工作液體的溫度，℃；

        pm——流量計處表壓，Pa。

  當標準秤不用砝碼時，式（6.18）變?yōu)?/p>

          C＝1＋

稱量法在現(xiàn)場校驗中比容積法用得多，原因是標準秤比標準容器容易得到，靈活性也更大。

④ 用標準表法進行校驗。上面所述的容積法和測量法只能用液體進行校驗，而標準表法既適用于液體又適用于氣體。用標準表法進行現(xiàn)場校驗。

           標準表的選擇靈活性很大，主要取決于交工單位和驗收單位的資源情況，在不得已的情況下，有時也使用精確度達不到規(guī)程要求的流量計作標準表。對于液體，選精確度優(yōu)于0.2級渦輪流量計是適宜的；對于氣體，流量不大時選用煤氣表，流量較大時，選用臨界流流量計。連接管道時，下面各點應(yīng)注意。

a.       保證前后直管段。

b.       保證管道中充滿被測流體。因此，當被測流體為液體時，常將管道末端向上翻高，如圖6.16所示。

c.       計算標準流量計測得的體積值，并進一步計算被校表誤差。當被測流體為液體時，

                              （6.19）

式中    V——標準流量計測得的修正過的體積值，m³；

        Vs——標準流量計測得的未經(jīng)修正的體積值，m³；

        Ct1、Cp1——分別為標準流量計處流體受溫度和壓力影響的修正系數(shù)；

        ——分別為工作液體的體積膨脹系數(shù)（℃^－1）和液體壓縮系數(shù)（Pa^－1）；

        tm、ts——分別為被校流量計和標準流量計處的溫度℃；

        pm、ps——分別為被校流量計和標準流量計處的表壓力，Pa。當被測流體為氣體時，情況要復(fù)雜一些。因為氣體溫度膨脹系數(shù)大，又容易被壓縮，當其狀態(tài)偏離標準狀態(tài)較遠時，還需進行壓縮系數(shù)修正。被校表的類型有多種，標準表的類型也可以有多種，對于直接式質(zhì)量流量計，其示值不受流體狀態(tài)影響，而其他類型儀表，必須進行流體溫度、壓力、壓縮系數(shù)補償。測壓點的位置要求也有很大差異，例如，渦街流量計要求裝在流量傳感器下游數(shù)倍管徑的管道上；孔板流量計要求裝在節(jié)流裝置正端取壓口處；其他原理流量計，大多數(shù)要求裝在流量計上游管道上。因此，如何處理被校表和標準測量數(shù)據(jù)，應(yīng)按相應(yīng)的儀表說明書，得到被校表和標準表的示值后，按式（6.15）計算被校表誤差。

   c.運用標準表法時應(yīng)注意的事項。在用標準表法對現(xiàn)場流量計進行校驗時，由于被校流量計和標準流量計安裝在同一根管道上，而且相隔距離又很近，兩臺表很容易相互影響引起誤差增大，甚至無法工作。例如，用科氏力質(zhì)量流量計對現(xiàn)場的一臺科氏力質(zhì)量流量計進行校驗時，兩臺儀表都應(yīng)用支架固定牢固，如果兩臺表的振動相互干擾難以消除，可在兩臺表之間用一段撓性管連接。

   在用旋轉(zhuǎn)式容積流量計作標準表對渦街流量計等進行校驗時，應(yīng)注意旋轉(zhuǎn)式容積流量計工作時可能引發(fā)的流動脈動對被校表的影響。

   容積流量計中的橢圓齒輪式、腰輪式、旋轉(zhuǎn)活塞式等，由于其工作原理的特性，工作時會引發(fā)一定幅值的流動脈動，圖6.17所示為文獻[10]所提供的橢圓齒輪流量計和腰輪流量計角速度變化情況。角速度的變化引發(fā)流動脈動，作用在渦街流量計等流動脈動非常敏感的儀表上，導(dǎo)致其示值明顯偏高。解決這一問題的方法一是避免采用容易引發(fā)流動脈動的標準表，二是在兩臺表之間增設(shè)阻尼器，如本章第6.1.3節(jié)所述。

⑤用夾裝式超聲流量計進行校驗。上面所述的三種方法具體實施時，最重要的是注意安全，包括人生安全和生產(chǎn)流程的安全。三種方法都不適用于高溫高壓流體、易燃易爆流體、強腐蝕流體以及有毒有害流體。至于生產(chǎn)流程的安全，主要是校驗時不要影響生產(chǎn)的正常進行，不要對產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量以及環(huán)境造成影響。本節(jié)所介紹的用夾裝式超聲流量計進行現(xiàn)場校驗，在安全方面具有*的優(yōu)點。因為超聲探頭被夾裝在管道外面，對管道內(nèi)流體的流動毫無影響，因此對生產(chǎn)安全和人身安全無直接影響。

用超聲流量計對流量計進行現(xiàn)場校驗，從方法來分類仍屬標準表法，但是超聲流量計的實際準確度多半達不到規(guī)程要求，例如單聲道時差法超聲流量計，流速精確度為讀數(shù)值的0.5％～1％，再計入流通截面積求取的誤差、傳感器安裝距離誤差等不確定性很大，所引起的流量誤差更大，所以也只能稱為比對或驗證。

在用超聲流量計對被校流量計進行現(xiàn)場校驗時應(yīng)注意以下各點。

a.管道中流體的雷諾數(shù)Re_D對超聲流量計的示值有影響，在Re_D≥5000后，儀表才能穩(wěn)定指示。所以流速太低時，不宜使用。

b.管道內(nèi)流體流速分布不均勻，對儀表示值影響較大。如果換能器安裝位置上、下游存在彎頭、異徑管、閥、泵或管道內(nèi)有阻流物等，流體形成橫向二次流，流速分布偏離，在直管段長度不夠時，測量精確度下降，在有旋渦的情況下甚至不能測量[11]。

圖6.18所示為上游有90°彎管，不同直管段長度的測量誤差，共3組試驗數(shù)據(jù)。

c.管道內(nèi)徑和壁厚尺寸必須實際精確測量，不能用名義值代替。據(jù)富士電機公司資料介紹，管道內(nèi)徑誤差±1％，會引起約±3％的流量誤差[11]。

d.注意管道內(nèi)壁沉積結(jié)垢，因為這使得聲道偏離原預(yù)設(shè)的聲道，也改變了流通截面積。有的舊管道結(jié)垢嚴重或氣皮，以致無法正常測量流量。

e.換能器安裝在水平管道上時，為避開管道頂部可能存在的氣隙和底部可能沉積的泥沙或其他固形物，應(yīng)盡可能安裝在水平成±45°角的位置。 

  f.換能器不能安裝在管道焊縫或法蘭安裝處， g.保證直管段長度。為了消除流速分布不均勻?qū)κ局档挠绊懀魃a(chǎn)廠家都規(guī)定了上、下游直管段的下限長度。例如富士電機產(chǎn)品規(guī)定上游直管段為10D以上。如果上游有泵、閥等設(shè)備，則要求30D以上。實際上這一規(guī)定只適用于流速在2m/s以下的90°彎管和流體自然流下的場合。如果流速超過2m/s，要求直管段的長度為上述規(guī)定的1.5～2倍。