摘要(yao):針對水量計量(liàng)流量計 無法離(li)線送檢的情況(kuang)，流量計一在其(qí)他行業的在線(xiàn)校準方😄法、國内(nèi)外研究現狀及(jí)應用前景，分析(xi)了現場校準方(fāng)法與裝☁️置的基(jī)本原理和特點(diǎn)。利用 便攜式超(chao)聲流量計 準确(que)度高、安裝方便(bian)的特點，提出了(le)基于現場比對(duì)方✊法用于水🔴利(lì)行業開展校準(zhun)技術研究，并重(zhong)點闡述便攜式(shì)👅超聲♋流量計用(yong)🔴于液體流量計(ji)實流在線校準(zhǔn)的技術要求、測(cè)量過程和計算(suan)方💃法r可爲今後(hou)有效開展計量(liàng)校準工作提供(gong)☎️切實可靠的基(ji)礎。
1流量計的計(jì)量與校準
　　水量(liang)計量是進行水(shui)資源宏觀調控(kòng)和微觀管理的(de)重🔞要基礎性🙇🏻技(ji)術措施，但以往(wang)水利行業計量(liang)工作⛱️基礎薄弱(ruò)🔱，涉及水量計量(liàng)的有關技術标(biao)準、标準化裝置(zhì)、量值傳遞和溯(sù)源問題十分突(tū)出。我國擁有大(da)量的流量計測(ce)儀器🥵，而普遍缺(que)少校準設備，尤(you)其是管道流量(liàng)計🔴的在線校準(zhǔn)與檢定規程在(zài)水利行業還是(shi)一個空白，計量(liang)的正确率問題(ti)PR待解決。根據國(guo)家強制性🔴标準(zhun)《用能單位能源(yuán)計量器具配備(bèi)和管理通則》(GB17167-2006)的(de)要求及相📧關的(de)計量法規，作爲(wèi)⭕結算的流量計(ji)，都需要進行周(zhou)期♌檢定。但是，法(fǎ)規中的檢定周(zhou)期并不能保證(zheng)在用流量計的(de)正确率。由于使(shǐ)用場合和介質(zhi)的複雜性，很多(duō)流量計還沒有(you)到檢定周期就(jiù)已經超差，因此(cǐ)需要❗通過采用(yong)現場校準的核(hé)查方式來保證(zheng)流量計量的正(zhèng)确率。
　　校準(calibration)有時(shí)也稱标定或校(xiào)驗。以前流量儀(yí)表業内對流量(liàng)⛱️值傳‼️遞㊙️性質的(de)校準習慣用“标(biāo)定”，水工業内習(xi)稱“率💃🏻定”，用戶對(dui)判别準确度性(xing)質的校準過程(chéng)稱爲“校驗”，現在(zai)這些名稱漸趨(qu)一緻，改用“校準(zhun)”。流量計的流量(liang)校準有直接測(cè)量法和間接測(cè)量法☎️兩種方法(fǎ)，校準方式分爲(wei)離線和現場在(zài)線檢測兩種方(fāng)式。
　　直接測量法(fǎ)亦稱實流校準(zhǔn)法，以實際流體(tǐ)流過被校驗儀(yi)表，再用别的标(biao)準裝置(标準流(liu)量計或流量标(biāo)準計量器具📧)測(cè)出流體的流量(liàng)與被校儀表的(de)流量值作比較(jiào)，也🐉稱爲濕♉法标(biao)定(wetcalibration)。實流校☁️準法(fǎ)獲得的流量值(zhí)既可靠又準确(què)，爲目前🏃🏻許多流(liú)量儀表(如 電磁(cí)流量計 、容積式(shì)流量計、 渦輪流(liú)量計 等)所采用(yong)，而且作爲檢測(cè)标準流量的方(fāng)法。制造廠在流(liu)量計🆚出廠前均(jun1)以實流校準法(fǎ)在流量校準标(biao)準裝置(有時簡(jian)稱流量标準裝(zhuang)置或流量校準(zhǔn)裝置)上完成流(liú)量量值傳遞過(guò)程。流量校準标(biāo)準裝置是🈚按照(zhao)有關标準和檢(jiǎn)定規定建立的(de)，并由國家授權(quan)的專門機構🔞認(rèn)定，能作流量量(liang)值傳遞的裝置(zhì)，是提供流量量(liàng)值的校準設備(bei)，其量值可溯源(yuan)到質❓量、時間和(hé)溫度的國家計(ji)量基準量。從計(jì)量學意義上，在(zài)線實流校準最(zuì)符合正确率、一(yī)緻性、溯源🥵性和(hé)實驗性等計量(liàng)特點。
　　幹法校準(zhǔn)是一種間接校(xiao)準法，是以測量(liàng)電磁流量❓傳感(gan)器的👄流通面積(jī)、結構尺寸和磁(cí)通密度B等參數(shù)來計算流量值(zhí)。幹法💋校準是在(zài)20世紀70年代以解(jie)決大口徑電磁(ci)流量🌈計無法實(shi)現實流校準的(de)校準方法，在日(ri)本曾⛹🏻‍♀️作爲工業(yè)❓标準《應用電磁(ci)流量計測量流(liu)⁉️量的方法》這❤️類(lèi)專用儀器的應(ying)用現在已從水(shui)行業🚩擴展到石(shi)油🔞北工等流程(cheng)工業🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。
　　目前國内(nei)對幹法校準進(jin)行了一定的研(yán)究，如浙江大學(xue)重點分析了渦(wō)電場測量法與(yu)面權重函數法(fa)兩種新型幹标(biao)💛定方法的測量(liàng)原理、特點及實(shi)現方法;上海地(di)區探索和制🌂定(dìng)了“在線檢驗法(fǎ)”，積累了多台大(da)口徑電磁流量(liàng)計檢查經驗，正(zhèng)在制訂《電磁流(liú)量儀在線校驗(yàn)規範》地方行業(ye)性标準’廣州市(shì)自來水公司還(hái)起草📧了中華人(rén)民共和國城鎮(zhen)建設行業标準(zhǔn)《管道式電磁流(liu)量計在線校準(zhun)規程》(征求意見(jian)稿)41，等等。但是幹(gàn)法校準多用來(lái)檢修或判别電(dian)磁流量讨一傳(chuán)感器有關技術(shù)參數的變化對(dui)測量精度的影(yǐng)響。因爲這種方(fang)法不直觀，不能(neng)直接反映管道(dao)🚩的中水流量。
2現(xiàn)場校準方法與(yǔ)裝置
　　在江河湖(hu)泊的管道取水(shui)計量設備主要(yào)采用電磁流🚶‍♀️量(liang)計或 超聲波流(liú)量計 ，而檢測流(liú)量的傳感器(包(bao)括渦輪、差壓、容(rong)積和質量🧑🏾‍🤝‍🧑🏼等其(qi)他類㊙️型的流量(liàng)計)安裝在管道(dao)内，不便于拆卸(xie)或受工況的影(ying)響根本無🈚法拆(chāi)卸，如大型輸水(shui)管不允許停🏃水(shuǐ)，大口徑流量計(ji)設備安裝複雜(za)，體積大、重量大(dà)難以運輸送檢(jiǎn)等。流量計廣泛(fàn)應用于水量計(jì)量和公用事🐪業(ye)，按規定必須在(zai)受控狀态下運(yun)行和定期校準(zhun)。如何對越來越(yuè)多的大管徑、大(dà)流量的液體流(liu)量計進行現場(chǎng)在線實流校準(zhǔn)，成爲一個意義(yì)✔️重大的問題。因(yīn)此，水利行業開(kai)展現場在線校(xiào)準技術研究是(shì)很有必要的，也(yě)是非常具有挑(tiāo)戰性的任務。
　　流(liú)量計的現場校(xiao)準和驗證實際(ji)上是在現場針(zhen)對流量測量系(xi)統(包括流量計(jì)、前後連接管道(dào)、介質流動狀态(tai)等)的檢測運作(zuò)，目前我國尚沒(mei)有明确的在線(xiàn)檢定的計量法(fa)規，現場在線校(xiào)準方法與技術(shu)研究有望爲流(liú)量計在線檢定(dìng)開拓出一個可(kě)供借鑒與參考(kao)的有效途徑。
2.1現(xiàn)場校準方法與(yǔ)常用标準裝置(zhì)
　　目前采用現場(chǎng)在線校準的方(fang)法有流量标準(zhun)裝置法和示蹤(zong)法💞，流量标準裝(zhuang)置法又分爲固(gu)定安裝的基地(dì)式和移動式，其(qi)體系😄如圖1所示(shì)。
2.1.1基地式流量标(biao)準裝置
(1)标準體(tǐ)積管。一般采用(yòng)一套體積管流(liú)量标準裝置和(hé)相應的👉切換閘(zhá)閥，就可實施流(liú)量計的定時輪(lun)換在線校準。如(ru)圖2所示，關閥1，開(kāi)閥2，流體經待校(xiao)流量計後進人(rén)标準體積管實(shi)現在線校準。國(guó)🐇内原油貿易計(ji)量基本實行了(le)這種方法。
(2)标準(zhǔn)流量計。固定安(an)裝标準流量計(ji)系統組成與圖(tú)2相似，隻是⛷️用标(biāo)準流量計替代(dài)圖中的标準體(tǐ)積管。很明顯，基(jī)地式流量标準(zhǔn)裝置需要在管(guǎn)道上預留較多(duō)的連接管💰線和(he)切💋換控制閘閥(fá)等輔助設備，有(yǒu)☎️些類型流量計(ji)購置費較低，但(dan)其輔助設備費(fei)用會大大超過(guo)流量計本身購(gou)🚩置費，這種現場(chǎng)校準裝置💔實際(jì)上在大部分取(qǔ)排水管道上是(shì)不具備的♍。

2.1.2移動式流量标(biāo)準裝置
　　移動式(shi)與基地式的基(jī)本相同，隻不過(guò)标準裝置是由(you)專用🐇的🌈汽車或(huo)拖車裝載，移動(dong)式車載流量标(biao)準裝置靈活性(xing)高🛀🏻，到現♌場檢定(ding)方便，但裝置設(she)備費用較高。
2.2示(shì)蹤法
　　在現場應(yīng)用示蹤法校準(zhun)流量計國際上(shàng)已相當成熟，早(zǎo)🔴在20世紀🐅70年代就(jiu)頒發了國際标(biāo)準ISO2975一(1一7)《封閉管(guǎn)道中水流量測(ce)量—示蹤法》，标準(zhun)規定了用放射(she)性示🌈蹤劑或非(fēi)放射😘性示蹤劑(jì)的實施方法和(hé)要求。示蹤法測(ce)量的基本工作(zuo)原理有兩類:一(yi)是恒💃速注人法(fǎ)(也有稱稀釋🏃‍♀️法(fǎ))，是在管道的液(ye)體中恒速注人(rén)示蹤♉劑，然後測(ce)量示蹤劑沿管(guǎn)道長度方向的(de)稀釋比例，按擴(kuò)散稀釋理論🚩計(jì)算流量;二是示(shi)蹤劑瞬時注人(ren)，然後測量示蹤(zong)物流經一段距(jù)離所需的🌍時間(jian)計算🌐流量，稱爲(wei)傳輸時間法。傳(chuan)輸時間示蹤法(fa)也使用于☎️明渠(qu)流、非滿管流🌍或(huo)疑有♌沉澱物的(de)滿管流的流量(liang)🔅校準。
　　近些年國(guó)内也在探索示(shì)蹤法，試圖在線(xiàn)校準大口徑水(shuǐ)流量計。
但是，化(huà)學試劑和同位(wei)素示蹤劑污染(rǎn)環境，破壞水質(zhi)㊙️，在水行🈲業一般(bān)很少采用。
2.3現場(chang)比對法
　　現場“流(liú)量比對”是指流(liu)量計在現場與(yǔ)其他“參照流🔞量(liàng)👄”進行比較📐，例如(ru)臨時夾裝的超(chāo)聲波流量計的(de)測量值、流人管(guǎn)系🔞中已丈量過(guò)容量的液體體(ti)積等都可作爲(wei)“參照流量”。關于(yú)現場校準、比對(dui)和驗證等名詞(ci)的含義，可參看(kàn)相關文獻的标(biāo)準定義，不再贅(zhui)述🐪。實踐中許多(duo)專業人員探索(suo)出多種現⭐場比(bi)對的方法和間(jian)接檢查方法，主(zhu)要有以🈲下3種類(lèi)型:
(1)利用流程中(zhong)存儲容器、工作(zuo)容器、水池或衡(héng)器的容器衡器(qì)法比對。水池容(rong)積比對法是供(gòng)水企業經常采(cǎi)用的方法，制♋水(shuǐ)廠利用大容積(jī)清水池的有利(li)條件，可獲🌍得較(jiào)高的比對精度(du)。
(2)在待測流量計(ji)的管線預留位(wèi)置，以備接人參(cān)比流量計的流(liú)量計比對法。
(3)外(wài)敷式超聲換能(néng)器的超聲流量(liang)計比對法。外敷(fu)式亦稱外貼式(shì)🈲、外夾式、捆綁式(shì)，超聲波流量計(jì)是流量測量最(zui)有發展前途的(de)三種途徑之一(yī):特别是國外已(yǐ)有産🤞品測量☔精(jing)度誤💋差<土0.5%，這有(yǒu)利于高精度的(de)對比檢測與現(xiàn)場在線校準系(xì)統的建立，方便(bian)計量檢定部門(men)到現場校準檢(jian)測⛹🏻‍♀️。
3運用便攜式(shi)超聲波流量計(ji)實現在線校準(zhun)
　　利用便攜外敷(fu)式換能器超聲(shēng)流量計比對使(shi)用中的流量計(ji)，在供水業應用(yong)十分普遍。便攜(xie)式超聲波流量(liàng)🔴計既♋是一種外(wai)敷式又是一種(zhong)便攜式的流量(liàng)計量器具，比較(jiào)适用于大口徑(jìng)流量計的現場(chang)在線檢測和校(xiao)準，可供水🈲利行(háng)業的相關檢測(cè)☀️參考借鑒。這裏(li)對有關💋的原理(li)、方法和設備等(děng)進行歸納和闡(chan)♻️述。
3.1外敷式換能(neng)器超聲流量計(ji)比對法原理
　　其(qi)原理是:将準确(què)度較高的便攜(xie)式超聲波流量(liàng)計作爲标準器(qi)🏃🏻‍♂️具，安裝在被測(ce)管道上進行檢(jian)測，然後将測量(liàng)值和被🈲檢流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量(liang)計的采集數據(ju)進行比對，根據(jù)比對⛷️結果計算(suan)被檢流量計的(de)誤差，誤差二(測(cè)量🔞值一标準🆚值(zhi))/标準值，再利用(yong)計算的相對誤(wu)差調整‼️被檢流(liú)量計的系數，使(shǐ)被檢流量計與(yǔ)便攜式超聲波(bō)流量計顯💞示流(liu)量數據一緻，以(yi)達到校準被檢(jiǎn)流量計的效果(guo)。
3.2标準流量計的(de)技術要求
　　在線(xian)校準采用的便(bian)攜式超聲流量(liang)計應具有國家(jia)法定計🌈量🍉檢定(ding)機構出具的檢(jiǎn)定證書，便攜式(shì)超聲流量計的(de)安裝、使用應嚴(yán)格按其操作使(shǐ)用說明書進行(háng)，應符合《超聲流(liú)量計檢定規程(cheng)》(JJG1030-2007)附錄D的要求}lo;。
在(zai)線校準用的其(qi)他輔助設備，如(ru)卷尺、測厚儀、秒(miǎo)表等計量🏃🏻器具(ju)均應具有有效(xiào)的檢定證書，被(bei)校流量計應附(fù)有🔴使用♌說明書(shu)，周期校準的流(liu)量計還應有📧前(qian)次的💛校準證書(shū)。現場校準時溫(wēn)度、濕👈度、外界磁(ci)場🔅、機械振動💞等(děng)環境條件，應符(fú)合☁️開展現場🌏校(xiao)準的環⛱️境條件(jian)要求，同時明确(que)測量介質及工(gong)作狀态、介質溫(wen)度等工況參數(shu)，了解被校流量(liàng)儀表工作狀态(tai)和參數設置，确(què)認可以開展現(xiàn)場校準。
3.3測量過(guo)程及計算方法(fǎ)
(1)管徑測量。用量(liang)具分别在換能(neng)器安裝位置附(fù)近的同一截面(miàn)上大緻等角分(fen)布測量n次外直(zhí)徑，或測量💔幾次(ci)外周長推算出(chu)外直徑，其平均(jun)值D按式(1)計算:

式(shì)中:n爲測量次數(shù)，n≥4;D爲第i點測得的(de)管道外直徑或(huò)推算出的外直(zhi)徑。
(2)壁厚測量。在(zài)換能器安裝位(wei)置均布5個點，使(shi)用測厚儀🧑🏾‍🤝‍🧑🏼測量(liàng)管道❄️壁厚，并取(qǔ)其平均值。對無(wú)法測量的參數(shu)，如管道材質⭐、襯(chèn)裏材料、厚度等(děng)，根據現場技術(shù)資料查明并确(què)認。
(3)标準表安裝(zhuang)。将上述管道參(can)數輸人标準表(biǎo)内，得出換能器(qi)安裝距離。在安(an)裝标準表管段(duan)上畫線定位🈲，确(que)定🤩換能器的🈲位(wei)置。清理已定安(ān)裝位置附近的(de)管壁，将管⁉️壁上(shang)的油漆、鐵鏽、污(wu)垢等清除幹淨(jìng)，露出管⭐道材質(zhì)，打磨光滑。在換(huan)能器表面均勻(yun)塗㊙️以禍合劑，換(huan)能器上标志對(dui)準安裝位置，使(shǐ)其發射面與管(guan)壁緊密接觸，并(bing)固定在管道上(shang)。将換能器信号(hao)傳輸電纜連接(jiē)到🤞轉換器上，按(an)要求将信号調(diào)試到最佳狀态(tài)。
(4)計量性能校準(zhǔn)。在一定的時間(jian)内分别讀取被(bei)校流量計和🔅标(biao)準表的流量示(shi)值，分别按式(2)~式(shi)(4)計算被校流量(liàng)計的示值誤差(cha)和重複性:

　　式中(zhōng):E。爲流量計每個(ge)流量點每次校(xiao)準的相對示值(zhi)誤差;qij爲第i流量(liang)點第j次校準時(shí)的流量計示值(zhi)(瞬時值或累積(ji)🆚值);(qs)。爲第i流㊙️量點(dian)第j次校準時的(de)标準表示值(瞬(shun)時值或累積值(zhi));Ei爲被校流量計(jì)第i流量點示值(zhí)誤差;(Er):爲被校流(liu)量計第i流量點(dian)重複性。
　　流量點(dian)一般選擇1~3個，每(mei)個流量點校準(zhun)3次。每次校準時(shi)，同✌️時讀🤩取并記(ji)錄流量計和标(biao)準表的示值，比(bǐ)對标定🏃🏻法必須(xu)保證比對過程(chéng)中時間的同步(bù)。若讀取的數值(zhi)爲瞬時值，則至(zhi)少讀取20個數值(zhi)，取其平均值;若(ruò)讀取的數值爲(wèi)累積值，則應保(bǎo)證大于最小讀(du)數的1000倍或讀取(qu)至少20min。的累積值(zhi)。
　　便攜式超聲波(bō)流量計在實際(jì)應用中具有不(bú)可替代的優勢(shi):可實現不斷流(liu)測量，設備體積(ji)小，便于攜🐅帶，安(ān)裝方🌈便;外敷式(shi)☔探頭，不幹擾流(liú)場，無壓力損失(shī)😍;儀表無可動及(jí)易損部件，穩定(ding)性好;适用範圍(wei)廣，可用于各種(zhǒng)類型流量計的(de)在線比對;适應(yīng)性強，可用于不(bú)同管徑😘、不同介(jie)質(高溫、高壓、易(yi)爆、高勃度、強腐(fǔ)蝕、放射性高)的(de)比對，标準表價(jia)❤️格基本與所測(ce)管徑⁉️無關，性價(jia)比高。
　　但是，便攜(xié)式超聲波流量(liang)計受其自身測(cè)量方式的限制(zhi)，測🔞量🌈精度受到(dao)很多外界因素(su)的影響，人爲因(yīn)素對測量的影(ying)響較🙇‍♀️大，對🈲專業(yè)檢測人員的技(ji)術性✍️和經驗性(xing)要求很強、操👣作(zuo)要求很高，還需(xū)要在實踐中進(jin)一步📞積累經驗(yan)🏒，形成技術規範(fan)。
4結論
　　現場校準(zhun)方法是計量技(ji)術發展的趨勢(shi)，特别是運用🌏便(bian)攜式⚽超聲波流(liú)量計開展在線(xian)流量計的校準(zhun)是可行的方法(fa)，能極大地方便(bian)現場計量校準(zhun)工作，有效降低(di)計量㊙️方面的資(zī)金消耗，易于推(tuī)廣應用。資料表(biao)明，通過開展流(liu)量計量儀表現(xiàn)場校📧準技術的(de)研究與應用，可(ke)以提高計量檢(jian)測水平，達到周(zhōu)期性☔計量檢定(dìng)的目的，使在線(xian)流量計測量數(shu)據準确可靠，隻(zhi)要準确操作，盡(jìn)量減少随機誤(wu)🍉差和附加誤差(cha)，是可以達到國(guó)家有關部門對(dui)于工業及民用(yong)水計量準确度(du)要求的。

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