流量计现场在线计量校准方法

流量计现场在线计量校准方法

江挺

通标标准技术服务有限公司广州分公司 广东 广州 510000

摘要：本文介绍了目前国内外各种流量仪表不能在线检测的现状，并对其在线校准方法进行了研究，并对其工作原理、特性进行了分析。针对便携式超声波流量计精度高、安装方便的特点，采用现场比对技术，在水利领域内进行校准。技术研究，着重介绍了液流计实流在线校准的便携超声波流量计的技术要求、测量过流、程序及计算方法。为进一步有效地进行计最校验工作奠定了坚实的基础，为水利部门计量值的溯源工作提供了技术保障。

关键词：液流；联机校准；现场比对；便携式超声波流量计

1流量计的计量与校准

水资源计量是实施宏观调控、微观管理的一项重要、基础性技术手段，而过去水利部门的计量基础较差，有关技术标准、标准化装置、量值传递、溯源等问题十分突出。国内流量计测量仪器数量较多，但目前普遍缺乏仪表校准设备，特别是管道流量计的在线校验和校验制度尚属空白，计量精度和权威性有待解决[1]。按照《中华人民共和国强制性标准GB17167-2006 《能源计量设备配置与管理通则》（GB17167-2006）》等有关计量法规规定，作为结算设备，必须定期进行计量。然而，规范中规定的计量周期无法保证在用流量计量的精确度。许多流量计在使用环境、介质等因素的影响下，往往在未达到校验周期之前就已超差，必须采取现场校验的方法，以确保流量测量的正确性。

校准有时也称为校正或检查。过去，流量计行业中对流量值的传输特性进行了“校准”，而在水利行业中，人们把“校准”叫做“率定”，而用户对其精度的校正过程叫做“校验”，而现在，这种方法逐渐统一起来，改为“校准”。流量计流量的校准有两种，一种是直接法，一种是间接法，另一种是离线校准，另一种是现场的在线校准。

所谓“实流校准法”，是指将实际的液体通过一个被校验仪，然后用另一种标准设备（如标准流量计或流量标准计）来检测液体的流量，并将其与所检测仪器的流量进行对比。实流定标法所得到的流量值具有较高的精度和可靠性，适用于电磁流量计、容积式流量计、涡轮流量计等流量计，而目测则是测量标准流量的一种手段。在仪表出厂之前，厂家都采用实流校准方法，在流量校准设备（有时简称流量校准设备或流量校准设备）上进行流量量值的传输。流量校准标准装置是根据相关标准和检验规范而设立，经国家指定的专业机构认可，能够作为流量量值传输的仪器，是能够提供流量量值的校准仪器，它的量值可以追溯到全国的质量、时间和温度[2]。从计量学的角度来看，在线实流校验最符合测量的准确性一致性、溯源性和试验性。

干式定标是通过测量流动面积、结构尺寸和磁通密度 B等参数来确定流量的间接校准方法。二十世纪七十年代，日本《应用电磁流量计测量流量的方法》（JISZ8764-1975）中提出了一种用于解决大直径电磁流量计不能进行实流校正的定标方法；自20世纪九十年代中期以来，全球知名的电磁流量计生产商纷纷研制了专门的检测设备，90年代末，英国 Kent公司研制了 CalMaster检验仪，德国 Krohne公司于2002年回水业市场推出了 MagCheck EmagCheck （MagCheck）式流量计检验仪。

目前，国内已有一些关于干校准的研究，例如浙江大学的主要工作是：涡电场测量法和面权函数法的测量原理、特点和实现；上海地区开展了“在线检测方法”的研究，并积累了大量的检测经验，目前，上海水务部门正在制定《电磁流量仪在线校验规范》的地方性行业标准；广州市水务局还制定了《管道式电磁流量计在线校准规程》（征求意见稿），并制定了中华人民共和国城市建筑行业标准[3]。然而，于法校准多用于检查或判断电磁流量计的相关技术参数的改变对其测量精度的影响。由于该方法不能直观地反映出输水管的回水量。

2现场校准的方法和设备

在河流和湖泊中，管道测量装置多为电磁流量计和超声波流量计，而测量流量的各种传感器（包括涡轮、差压、容积、质量等）都是安装在管路中的，不方便拆装，也不方便拆卸，比如大流量输水管不允许断流，大口径流量计的设备安装复杂，体积大，重量大，难以运送和检验。流量计在水表和公用工程中得到了广泛的应用，并按照要求在控制条件下进行操作，并对其进行定期的校验[4]。随着流量大、管径大流量的不断增加，如何实现现场实流的实时校准就显得尤为重要。因此，对水利工程中的在线校准技术进行研究是十分必要和具有挑战性的。

流量计的现场校验和校验，其实就是对流量计、前后连接管道、介质流动状态等进行现场测试操作，国内至今还没有一套规范，现场在线校准技术与技术的研究有望为流量计在线检定开拓出一个可供借鉴与参考的有效途径[5]。

2.1现场校准和常用校准设备

现有的现场在线校准方法有：流量校准法和示踪法；标准校准法按固定校准基法和移动校准法，系统见图1。

图1 现场流量校准方法体系

2.1.1基准流量基准设备

(1)一种标准容积管道

通常，通过一组容积管式流量标准装置及对应的开关闸阀，实现了流量计的定时循环在线校准。从图2可以看出，关闭阀门1开2的液体通过待校正的流量表进入一个标准容积管道，以达到在线校准的目的。我国石油交易的计量基本上采用了此方法。

图2 标准体积管在线校准流量计

(2)一种标准的仪表

固定安装式标准流量计的结构类似于图2，不同之处在于将标准容积式流量计替换为标准容积式流量计。显然，在基础流量标准装置中，要在管路中预留更多的连接线、开关控制阀等附属设施，一些型号的流量计购置成本比较低，但是其附属设施的购置成本会远远高于流量计自身的购置成本，这样的现场校准装置，实在是太现实了！这在大多数的排水管中都没有[6]。

2.1.2流动标准设备

移动型和基础型的基本一样，除了标准的设备是由专门的车辆或挂车来装载，移动的车辆流量标准装置具有很高的灵活性，便于现场检查，但是设备的成本比较高。我国采用流动式容积管对流量计进行现场校准已经有20多年的历史，在上海自动化仪器一厂也有过一次成型车用球形容积管的经验[7]。空军油料研究院研制的JLC-A型联机校验设备，配备DN50、DN100高精度涡轮流量计，可对12-100米/小时的航油流量进行校准，并配备了电脑辅助检测和文件管理系统。

2.2跟踪

在国外，采用示踪法对流量计进行现场校准已经非常成熟，70年代颁布了ISO2975-（1~7）《封闭管道中水流量测量--示踪法》，其中对使用放射性示踪剂或无放射性示踪剂的具体操作和要求作了详细的说明。示踪法的工作原理主要有两种：一种是定速注入法（亦称稀释），即将一种示踪剂均匀地注入到管线中，并用该方法测定了该示踪剂在管线上的稀释率，并用扩散稀释理论进行了计算[8]；二是对示踪剂进行瞬间注入，再通过测量其在一定距离内所需要的时间来进行流量计算，这就是所谓的“传递时间”。在明渠流、非满管流或可疑沉淀的满管流中，采用了传输时间示踪法。

近年来，我国也开始尝试采用示踪法进行大直径水表的在线校准。大庆石化计量研究院利用化学示踪剂（ZnCl）、同位素示踪剂（In-113 m）传输时间法进行了验证，证实了该方法的有效性。然而，由于使用化学试剂、同位素示踪剂对环境造成污染，对水质造成损害，因此，在水产业中应用较少。

2.3实地比较

现场“流量比对”是将流量表与其它“参照流量”进行对比，如暂时安装的超声波流量计、流入管系内测量的液量等，均可用作“参照流量”。关于现场校准、比对、验证等术语的意义，参照有关文献中的规范定义，这里就不多说了。在实际工作中，很多专家已经摸索出了各种现场比对与间接检验的方式，大致可分为三大类：

(1)使用容器衡器进行比较，其中容器衡器用于储存容器工作容器、水池或衡器。水厂常用的是池容量比对法，而制水厂则充分利用了大容量清水池的优势，可以得到更高的比对结果。

(2)在要测量的流量计管路上预留一个位置，以便与参考流量计进行比较。

(3)用超声波流量计比较外敷型超声波换能器。外敷式又称为外贴式、外夹式、捆绑式，其中超声流量计是目前最有前景的三种流量测量方法。尤其是国外现有的产品，其测量精度不超过0.5%，为提高对比测试和现场在线校准提供了便利，便于计量单位到现场进行校准。

3采用便携式超声流量计进行在线校准

在供水行业中，采用便携式外敷式超声波流量计进行比较，是目前供水行业常用的一种。便携式超声流量计是一种具有涂敷性和便携性的流量测量设备，它更适合于现场进行在线测量和校准，为水利行业的有关人员提供了参考。本文将介绍相关原理、方法、设备等。

3.1外涂式超声波流量计的测量原理

其基本原理是：采用高精度的便携式超声波流量计，将其安装在被测管线上，通过与被测流量计的数据进行比较，得出被测流量计的误差，误差=（测定值-标准值）/标准值，并通过计算出的相对误差来调节被测流量计的系数，从而实现对被测流量计的流量数据的校正。

3.2 GB/T1662-1988标准流量计技术条件

使用的便携式超声波流量计应由国家计量单位颁发的检测合格证，并严格按照使用说明书进行安装和使用，并严格按照《超声流量计检定规程》（JJG1030-2007）的规定进行。

其它用于在线校准的其它辅助仪器如卷尺、厚度计、秒表等必须有合格的校验证明，被校流量计必须有使用说明，定期校验的流量计也要有上一次的校验证明[9]。现场校准时，温度、湿度、外界磁场、机械振动等环境状况必须满足进行现场校准所需的环境条件，并对所测介质、工作状态、介质温度等进行校准，并对所校流量仪表工作状态和参数设置进行现场校准。

4结论

现场校准是目前计量技术发展的必然趋势，尤其是采用便携式超声流量计进行在线测量是一种切实可行的手段，可以大大简化现场的测量和校准工作，并能有效地减少测量费用，便于广泛使用。通过对流量计的现场校准技术的研究和应用，可以提高流量计检定的质量，实现定期的计量检定，保证流量计量仪的测量结果准确、可靠。

参考文献

[1]蔡武昌.流量计的现场校准和验证[J1.世界仪表与自动化，2006(3):56-60.

[2]邓慧莉，左志良，陈赣声,等.管道式电磁流量计在线校准规程(征求意见稿)[S].中华人民共和国建设部发布，2007.

[3]蔡武昌.电磁流量计和超声流量计在线验证[J].自动化仪表，2007(4):1-4

[4]邰振国.供水企业大口径流量仪表的现场比对方法[J].山西科技2007(2)112-1138]张艳萍，实现在线大口径水流量计的检测及校准[J].山西科技,2008(3)168-169.

[5]于德兴,苏立明,王兴涉.用FLB便携式超声波流量计对在线流量计进行比对测试方法探讨[J]

计量技术2003(1):16-17.

[6]JJG1030-2007超声流量计国家计量检定规程[M北京:中国计量出版社2007.

[7]吴静.采用超声波流量计进行在线校准研究[7中国计量2008(9):68-69.

[8]李长武 张东飞，袁明等.液体流量仪表在线校准方法研究[J1中国测试，2009(5):27-29.

[9]蔡武昌，电磁流量计在线检查和验证[n.世界仪表与自动化，2004(7):46-48.