流量计在线比对Word下载.docx

流量计在线比对Word下载.docx

《流量计在线比对Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流量计在线比对Word下载.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Ek为第k检定点的基本误差，Ek=

（2）流量计的基本误差E

E=（Ek）max

被比对流量计系数K值由下式计算：

K=Qbkn/Qkn

（3）流量计重复性Er

第i检定点的重复性Erk按下式计算：

Erk=tn

式中，tn为置信度为时的t分布系数。

流量计的重复性Er：

Er=（Erk）max

（Erk）max是检定点中最大一个重复性。

被比对流量计修正斜率Kc值由下式计算：

Kc=（Qbkn-Qkn）/Qkn×

根据Kc值，调整被比对流量计的系数值，使其正常运行。

被比对流量计的相对误差小于5%时，确认该被比对流量计合格。

不合格者按实际情况根据流量计比对系数进行曲线修正。

液体流量仪表在线校准方法研究

作者：

admin来源：

本站发表时间：

2010-08-1014:

21:

53点击：

744

1引言

液体流量仪表广泛应用于能源计量和节能减排中，是企业生产经营管理中的重要计量仪表，它的准确计量与企业的节约能源和成本核算有着非常密切的联系。

但是限于各种条件，如不便拆卸、不能断流等情况，多数液体流量仪表无法按照检定规程要求定期拆下送实验室进行检定。

如何解决在不影响液体流量仪表正常工作的前提下的量值溯源问题，是目前各企业和技术机构急需解决的计量技术难题。

鉴于我国尚未制定出相应的行之有效的液体流量仪表在线校准的方法，也没有比在线流量计计量精度等级高三倍以上的标准流量仪表，因此目前常规的做法是采用便携式超声波流量计作为标准表进行在线比对。

通过对以便携式超声流量计为标准表在线校准方法的介绍，提出解决液体流量仪表在线校准问题的一些思路，供计量同行参考。

2工作原理

超声流量计比对法是目前使用最多的一种液体流量仪表在线校准方法，利用流速不同会使超声波在流体中传播的速度发生变化，通过分析计算改变的超声波信号，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。

按检测原理可分为多种，主要有时差法、多普勒法和声束偏移法[1]。

超声波流量计用于液体流量仪表在线校准主要采用的是时差法进行测量，以测量声波在流动介质中传播的时间与流量的关系为原理。

通常认为声波在流体中的实际传播速度是由介质静止状态下声波的传播速度（cf）和流体轴向平均流速（υm）在声波传播方向上的分量组成。

按图1所示，顺流和逆流传播时间与各量之间的关系是[2]：

利用式

（1）得出流体流速的表达式：

式中：

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；

L———声道长度；

cf——声波在流体中传播的速度；

υm———流体的轴向平均流速；

———声道角。

3在线校准方法

便携式超声流量计用于液体流量仪表的在线校准主要是采用的标准表比对法[3-11]，即在一定的时间内分别读取被检表和标准表的累计值（或瞬时值），分别按式（3）～式（5）计算被校流量计的示值误差和重复性。

qij-第i流量点第j次校准时的流量计示值（瞬时值或累积值）；

（qs）ij——第i流量点第j次校准时的标准表示值（瞬时值或累积值）；

Ei———被校流量计第i流量点示值误差；

（Er）i———被校流量计第i流量点重复性。

由于便携式超声流量计的准确度等级一般为级，如检定超声探头管径与校准管径之比大于2或小于1/2，使用时标准流量计还应增加一个%的附加误差，因而现场使用超声流量计最大允许误差一般为±

%～±

%。

目前在线使用的液体流量计（速度式、容积式、质量）绝大部分是准确度优于级，同时便携式超声流量计受现场校准条件、介质状态、管道数据及安装的影响，在线校准结果偏差一般在±

%左右，有的甚至达到±

%，因而无法对被检仪表测量准确性进行有效判断。

鉴于直接采用标准表比对法无法对被校仪表测量准确性进行充分的判断，提出借鉴使用中检验的思想，即默认超声流量计和被校流量计之间存在系统差（主要由现场安装及使用条件引起的），在下次校准时尽量保持上次校准时校准条件（超声流量计安装位置、安装方式、参数设置及校准点等）下，比较两次校准的系统差是否存在变化。

技术要求

首先，在线校准用便携式超声流量计应具有国家法定计量检定机构出具的检定证书，其基本误差应不低于±

%，同时便携式超声流量计的安装、使用应符合JJG1030-2007超声流量计检定规程附录D的要求。

其次，在线校准用其他辅助设备，如卷尺、测厚仪、秒表等计量器具均应具有有效的检定证书或校准证书，被校流量计应附有使用说明书，周期校准的流量计还应有前次的校准或检定证书。

最后，现场校准时温度、湿度、外界磁场、机械振动等环境条件，应符合开展现场校准的环境条件要求，同时明确测量介质及工作状态、介质温度等工况参数，了解被校流量仪表工作状态和参数设置，确认可以开展现场校准。

测量过程及计算方法

（1）管径测量。

用量具分别在换能器安装位置附近的同一截面上大致等角分布测量n次外直径，或测量n次外周长推算出外直径，其平均值D按式（6）计算：

n———测量次数，n≥4；

Di———第i点测得的管道外直径或推算出的外直径。

（2）壁厚测量。

在换能器安装位置均布5个点，使用测厚仪测量管道壁厚，并取其平均值。

对无法测量的参数，如管道材质、衬里材料、厚度等，根据现场技术资料查明并确认。

（3）标准表安装。

将上述管道参数输入标准表内，得出换能器安装距离L。

在安装标准表管段上划线定位，确定换能器的位置。

清理已定安装位置附近的管壁，将管壁上的油漆、铁锈、污垢等清除干净，露出管道材质，打磨光滑。

在换能器表面均匀涂以耦合剂，将换能器上标志对准安装位置，使其发射面与管壁紧密接触，用紧固件将换能器固定在管道上。

将换能器信号传输电缆连接到转换器上，按要求将信号调试到最佳状态。

（4）零点检查。

具备停流条件的管道，检查流量计的零点流量；

不具备静态零点检验设定条件时，校准前可对标准表进行动态零点检验设定。

（5）校准点及次数。

根据现场实际情况确定校准流量点，每个流量点校准3次。

现场无法调节流量时可以采用在不同的时段进行校准，流量点一般选择1～3个，且在一次实验过程中，瞬时流量的最大变化不超过5%。

每次校准时，同时读取并记录流量计和标准表的示值，若读取的数值为瞬时值，则至少读取20个数值，取其平均值；

若读取的数值为累积值，则应保证大于最小读数的1000倍或读取至少20min的累积值。

（6）测量偏差。

与标准流量计相比，流量计的测量偏差[2]为：

———流量计各校准点测量偏差中最大值；

Fi———本次校准得到的第j校准点流量计系数平均值；

F0i———第一次校准得到的第j校准点流量计系数平均值。

流量计系数[2]的计算方法如下：

Qsij———第i校准点第j次校准标准流量计示值；

Qij———第i校准点第j次校准被检流量计示值；

Fij———第i校准点第j次校准的流量计系数。

流量计的重复性按式（5）计算。

（7）校准结果处理。

被校流量计的测量偏差E和重复性Er应分别满足式（11）和式（12），否则应将流量计送实验室进行检定或校准。

σs———标准表最大允许误差；

σm———被校流量计最大允许误差。

4数据实例分析

现以一台口径为DN150mm的电磁流量计为例，流量计在线校准基本信息见表1。

在管道参数、被测介质、安装方式等设定参数均相同的前提下，分别于2008年1月和12月进行2次在线校准，校准数据分别见表2和表3。

以第一次校准平均系数作为F0i，以第二次校准平均系数作为Fi，则前后两次校准流量计的测量偏差见表4。

由于检定超声探头管径（DN50）与校准管径（DN150）之比小于1/2，因而使用时标准流量计还应增加一个%的附加误差，即σs=±

%，σm=±

按式（11）、式（12）对校准结果进行判断，即流量计测量偏差

流量计重复性

可以继续使用。

5结束语

从上述数据实例分析中可以得出：

虽然现场校准时示值误差较大，但两次校准的流量测量偏差却较小，从而说明被校流量计测量准确性未发生明显变化，可以继续使用，无需送实验室进行检定或校准，从而为液体流量仪表在线量值溯源提供了一条简便的途径。

尽管采用使用中检验的思想为流量计的在线校准提供了一个可操作的办法，但这其中依然存在一些问题，如：

（1）被校流量计必须首先在实验室实流检定合格后，安装到管路上投入使用后的一个月内进行第一次校准，以后按至少1次/年的周期进行再次校准。

（2）随着计算机技术在超声测速方面的应用，超声流量计对测量管道、校准介质、现场环境及安装的适应性更强了，但上述因素依然是影响测量准确性的关键[5-7]，如何将这些因素对校准结果的影响从定性分析到定量计算仍然需要很长的路要走。

（3）现场校准中，对测量数据的采集还只能靠人工读取，从而对校准结果引入不确定性因数。

参考文献

[1]苏彦勋，梁国伟，盛健。

流量计量与测试[M]。

2版。

北京：

中国计量出版社，2007：

112-123。

[2]JJG1030-2007，超声流量计检定规程[S]。

2-24。

[3]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。

[4]杜萌，王红娟，刘永强。

利用超声波对水流量计进行在线检定[J]。

油气田地面工程，2005，24（6）：

36。

[5]王艳霞，傅星，李正光。

高精度的超声波在线流量测量[J]。

计量学报，2003，24（3）：

202-204。

[6]郑海军，陈健。

超声波流量计对在线流量计的比对测试方法探讨[J]。

电站系统工程，2005，21

（1）：

64。

[7]崔耀华，胡博。

用外夹式超声流量计对大口径液体超声流量计在线校准的不确定因素分析[J]。

计量技术，2008，增刊：

68-69。

[8]许建平。

用DCT7088对在线流量计的检测[J]。

计量与测试技术，2007，34（7）：

21-22。

[9]陈天荣。

便携式超声波流量计在现场校准中的“妙用”[J]。

中国计量，2008（4）：

69-70。

[10]吴静。

采用超声波流量计进行在线校准研究[J]。

中国计量，2008（9）：

[11]黄雪莲。

便携式双声道超声波流量计在线检测的常见问题[J]。

计量与测试技术，2008，35（9）：

18-21。

便携式超声波流量计对在线流量计进行比对

发布日期：

2011-12-10浏览次数：

65

当在线流量计的数据突然发生变化时，很难判定是工艺上的原因还是流量计本身的故障所致。

以往多采用将流量计拆回标定、现场安装备用流量计的方法来确定原因所在，这不仅影响了生产，而且极大地增大了维护的工作量。

为解决这个问题，当对在线流量计产生疑问时，可采用便携式超声波流量计对在线流量计进行现场比对，以确定在线流量计本身是否存在故障。

1测量原理

超声波测量封闭管道流量的方法根据检测原理可分为多种，主要有时差法、多普勒法和声束偏移法。

多普勒法主要用于测量气液两相流体或气固两相流体，而声束偏移法利用超声波在流体中传播时因流体流动而产生的偏移程度来反映流速或流量值[1]。

便携式超声波流量计采用的是时差法进行测量，声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间，利用传播时间之差与被测流体流速之间的关系可求取流体流速，计算出流体流量。

其测量原理如图1所示。

由图1中可以看出，顺流方向流体流经2个换能器之间的时间

；

逆流方向时间

二者时间差

（相对于c来说，v可以忽略不计，故c2-v2≈c2）

则流体的流速

流体的体积流量

因此，c和D已知时，测出时差Δt，便可求出qv。

便携式超声波流量计是将换能器用夹装件固定在测量管道的外壁上，无需管道断流，安装简单、使用方便。

测量时，晶体发出的声波通过声楔、耦合剂、管道壁、衬里等物件传到被测流体。

在测量时需确定被测管道外径、管道厚度及衬里厚度以计算管道流通截面积，确定管道材质、衬里材质、流体名称和流体黏度以计算超声波的传播速度，还需确定换能器的安装方式以计算超声波的传播长度。

当以上这些数据输入到流量计的主机后，主机可以精确地计算出换能器的安装距离。

2安装方法

换能器常见的3种安装方式为Z法、V法、W法，如图2所示。

通常情况下，管径小于300mm时，采用V法安装，管径大于200mm或接收到的信号较弱时，宜采用Z法安装。

对于既可以用V法安装又可以用Z法安装的换能器，尽量选用Z法。

实践表明，Z法安装的换能器超声波信号强度高，测量的稳定性也好。

当管道直径非常小，在DN80以下时，可采用W法，但此种测量方法超声波经多次反射，接收到的信号非常弱，而且对安装的要求也很高，建议尽量不要采用此方法。

安装换能器时，管道外表面应去除保温层、去漆，锈迹应砂平，涂匀耦合剂，不能有空隙，否则声波会在固、气界面上发生折射，无法传到被测流体。

换能器前后要有足够长的直管段，以确保流体所需的流速分布，一般情况下要求前直管段10D以上，后直管段5D以上，而且上游30D内不能装泵、阀等扰动设备。

换能器安装在倾斜和水平管道上时，不要装在上部或底部，以免管道内的气体或杂质进入测量声道。

换能器的安装要使超声波传播途径通过管道中心[2]。

3测量精度

将便携式超声波流量计安装在水流量标定装置不同管径的管道上，对其进行实流测试，由测试数据可以看出，便携式超声波流量计的测量精度可达级。

当在现场安装使用时，因受现场条件、介质状态、管道数据及安装的影响，测量精度略有降低，但测量误差不应超过其实际流量的士5%，因此，使用便携式超声波流量计对在线流量计进行在线比对是完全可行的。

4在线测量中易出现的问题及对策

如果便携式超声波流量计安装启动后，出现输出时有时无，且误差大的现象，有以下几种可能。

（1）换能器的安装距离不对。

此时需检查换能器的安装距离与主机计算出的数据是否一致，轻微调整换能器的安装位置与距离，提高信号强度。

（2）仪表设定的管径、衬里、流体等参数有误。

此时需要对参数重新进行核实。

（3）换能器的安装位置不对。

换能器安装时应避开管道的焊缝及连接处，也不能装在倾斜或水平管道的上部或底部，上部有可能流体不满管，底部则有可能有杂质或泥沙。

（4）流体中气泡太多。

此种情况下排除气体即可得到稳定的信号。

（5）管道内部有结垢，凹凸不平。

此时可以用手锤击打测量点的管壁，如果接收到的信号强度不断上升，则说明是管道内壁结垢太厚引起的，可继续击打测量点，使接收的信号达到要求为止。

（6）附近有泵或有无线电波干扰。

换能器的安装需避开这些位置。

5结论

综上所述可以看出，便携式超声波流量计在实际应用中具有不可替代的优势：

可实现不断流测量，设备体积小，便于携带，安装方便；

外卡式探头，不干扰流场，无压力损失；

仪表无可动及易损部件，稳定性好；

适用范围广，可用于各种类型流量计的在线比对；

适应性强，可用于不同管径的比对；

标准表价格基本与所测管径无关，性价比高。

但便携式超声波流量计受其自身测量方式的限制，测量精度受到很多外界因素的影响，在实际应用中也存在着一些不足之处。

（1）要求用户确定管道条件，包括管道材质、确切的管道外径、壁厚、衬里材质和厚度等，当管道条件不确定时，会降低测量准确度。

（2）对管道内壁要求较高，不能有腐蚀、结垢、结晶等现象，锈蚀会改变超声波传播路径，衬里与内管壁剥离的管道有气体会严重衰减超声波信号，衬里或结垢太厚的管道也会带来较大的流量误差。

（3）人为因素对测量的影响较大，对操作人员要求很高。

（4）便携式超声波流量计的精度相对低一些，不能用作流量计标定，只可提供在线流量计的参考数据。

（5）主要用来测量洁净的流体和杂质含量不高（杂质含量小于10g/L，粒径小于1mm）的均匀流体，而不能用来测量气体流量，因为管道和被测气体的密度相差太大，声波在管道壁中的传播速度远大于气体中的传播速度，声波经过管壁折射后已无法满足测量要求。

参考文献：

[1]中石化集团公司.石油化工设备维护检修规程.北京：

中国石化出版社，2004

[2]朱炳兴，王森.仪表工试题集.北京：

化学工业出版社，2004

水污染源在线明渠超声波流量计对比确认方法的探讨

0　引言

　　随着科学的发展,水污染源流量测量逐渐由不定期瞬时监测转变为连续在线监测,与其他污染物（如,Cr,NH3-N）在线监测仪器相配套,满足了国家对排污源主要污染物总量控制的要求。

目前,广泛使用、方便、准确可靠的污水排放计量手段是非接触测量方式的超声波明渠流量计。

超声波的特征是频率高、波长短、衍射现象小、方向性好、在液体和固体中衰减小、穿透率大、遇到杂质或分界面有显着的反射[1]。

根据计量要求,对污水排放企业安装的在线设备必须进行对比监测。

完成该项工作的单位主要为省、市级环境保护监测站,且以市级站为主。

对于污染物在线监测设备的对比,一般采集平行样,1个样品在线仪器分析,另1个样品送到化验室分析,然后进行2个数据对比,确定污染物在线监测设备是否合格。

对于流量的监测目前还比较困难,因为大部分市级站的流量计是旋桨转子流量计,与超声波流量计配套的主要是溢流堰或槽,这些堰或槽不具备转子流量计测量条件。

因此,必须采用全新的思路对明渠超声波在线流量仪进行比对。

笔者是通过确认明渠超声波流量计是否正确安装,对应水头高度与相应的流量是否吻合来比对确认在线超声波明渠流量计的。

　　1　比对测量的原理

　　目前,运城市排污企业安装的超声波流量计主要是北京九波声迪科技有限公司生产的WL-1A型超声波明渠流量计,常用的量水堰槽有直角三角堰、矩形堰和巴歇尔槽（见图1）。

其中,大部分企业安装的是巴歇尔槽,只有极少数企业安装的是三角堰、矩形堰。

巴歇尔槽的水位—流量关系由实验室标定,且对于上游行进渠槽条件要求较弱。

由于三角堰和矩形堰的水位—流量关系来源于理论计算,因此容易忽略一些使用条件带来附加误差。

　　WL-1A仪表直接测量的物理量是液位。

用于明渠测流量时,在明渠上安装量水堰槽。

量水堰槽把明渠内流量的大小转成液位的高低。

仪表测量量水堰槽内的水位,再按相应量水堰槽的水位—流量关系反算出流量。

　　　测量水堰槽测流量的原理

　　渠内的流量越大,液位越高;

流量越小,液位越低（见图2）。

　　一般渠道,液位与流量没有确定的对应关系,因为同样的水深,流量的大小还与渠道的横截面积、坡度、粗糙度有关。

在渠道内安装测量的水堰槽,由于堰的缺口或槽的缩口横截面积比渠道的小,所以渠道上游水位与流量的对应关系主要取决于堰槽的几何尺寸。

同样的测量水堰槽放在不同的渠道上,相同的液位对应相同的流量。

量水堰槽的作用就是把流量转成液位。

量水堰槽的水位—流量关系可以从JJG711—90明渠堰槽流量计中查到。

　　　超声波测液位的原理

　　超声波测液位采原则见图3。

　　超声波测液位采用超声波回声测距法,探头固定安装在量水堰槽水位观测点的上方,对准水面发射超声波。

超声波经过t1时间,走过E1距离,碰到校正棒。

一部分超声波能量被校正棒反射,并被探头接收（仪表在显示器上“校波”的指示位置出现“▲”提示符）。

仪表记录这段时长t1。

超声波的另一部分能量绕过校正棒,经过t2时到达水面。

这部分能量被水面反射后,被探头接收（仪表在显示器上“回波”的指示位置出现“▲”提示符）。

仪表记下这段时长t2。

校正棒的长度E1是固定的。

仪表根据t1与t2的比例,再乘以E1,求出水面到探头的距离D。

　　根据北京九波生迪科技有限公司编写的《WLA-1A型超声波明渠流量计使用说明书（2007）》安装仪表时,通过按键已向仪表的存储器内设置了探头（法兰盘位置）到水位等于0的距离L。

仪表从内存读取参数L。

用L减去D,求出液位H,再根据堰槽类型,计算出水头高度。

　　仪表的作用就是控制探头发射和接收超声波得到液位数据,计算得到相应的测量值,把液位转成流量。

　　详细操作参看仪表说明书。

　　2　安装要求

　　堰或槽一般由正规厂家设计安装,笔者只简单介绍的安装。

　　堰式流量计的超声波或静压液位传感器安装在上游距堰板最大水头的3倍~4倍处。

研究发现置于倍最大水头处,将渠底进行整平,保证测量时流量计固定不动,测量精度更高[2]。

槽式流量计的巴歇尔槽和无喉道槽配接的超声波或静压液位传感器安装在距喉道2/3收缩段长度的位置。

　　安装超声波液位传感器注意事项是,a）超声波液位传感器发射声波面要垂直对准水面;

b）超声波液位传感器的安装高度不要过高,安装高度稍大于最高水位加上盲区（此距离不能用于测量）的距离即可;

c）超声波液位传感器有波束角,安装时要使其声波传播路径上没有其他反射面[2]。

　　3　实际应用

　　　测量前的准备

　　实际工作中,监测人员带上卷尺或测量尺（要求精确到0.001m）和装有Excel文件的手提电脑即可。

在现场监测人员观察堰槽形状,检查设备安装位置合格,设备完善后,测量堰槽的各种参数,如,三角堰的角度及水头高度,矩形堰测量渠宽、堰开口宽度及水头高度,巴歇尔槽测量喉口的宽度和喉口上游水深,最后根据堰槽的各种参数确定应使用的公式。