摘要:分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計在流量計量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,幾何檢測法主要針對差壓式流量計中標(biāo)準(zhǔn)孔板本身的幾何參數(shù);系數(shù)檢測法主要的測定。分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計由一次裝置和二次裝置以相互獨立的形式組成，故現(xiàn)行的三種檢測方法均不能完全適用于分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的檢定或校準(zhǔn)。在日常工作實踐與分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的特點基礎(chǔ)上,進(jìn)行了適用于分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法，形成以單項校準(zhǔn)與成套校準(zhǔn)相結(jié)合校準(zhǔn)方法，該校準(zhǔn)方法更符合分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的使用與結(jié)構(gòu)特點,保障分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的準(zhǔn)確溯源。
0引言
分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計由一次裝置和二次裝置兩部分組成,其中一次裝置由標(biāo)準(zhǔn)孔板、取壓裝置和前后測量管以相互獨立的形式組成，二次裝置由差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器(或溫度變送器)和流量積算單元以相互獨立的形式組成。其測.量原理為:以標(biāo)準(zhǔn)孔板安裝在充滿流體的管線中為依據(jù),裝入標(biāo)準(zhǔn)孔板后，流體流過孔板，在孔板的上游側(cè)和下游側(cè)之間產(chǎn)生一個靜壓差，利用該壓差與流量的關(guān)系，可以確定管道流體的流量(質(zhì)量流量或體積流量)。分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計以其優(yōu)越的計量性能，在能源、化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其組成如圖1所示。
分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計結(jié)構(gòu)簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長、價格低廉，應(yīng)用范圍特別廣泛，在封閉管道的流量測量中適用于各種場景。如,在流體方面:適用于單相、多相、潔凈、臟污或粘性流體等;工作狀態(tài)方面:適用于常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等工況環(huán)境等;管徑方面:適用于從幾mm到幾m的管道;流動條件方面:適用于亞音速、音速、脈動流等流體流動狀態(tài)。其在各工業(yè)測量現(xiàn)場的用量約占流量計總用量的1/4~1/3。
分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計如此大的應(yīng)用體量,使其校準(zhǔn)的需求量非常巨大，其檢測數(shù)據(jù)的要求越來越高。目前國內(nèi)對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的檢定或校準(zhǔn)工作一“直參考JJG640-2016《差壓式流量計》開展,其提供的三種檢測方法,即幾何檢測法、系數(shù)檢測法和示值誤差檢測法，其針對的測量對象各自不同:幾何檢測法主要針對差壓式流量計中標(biāo)準(zhǔn)孔板本身的幾何參數(shù);系數(shù)檢測法主要針對差壓式流量計的節(jié)流裝置,即前述的一.次裝置;示值誤差檢測法主要針對一體式差壓流量計進(jìn)行流量計示值誤差的測定。
而分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計由一次裝置(由標(biāo)準(zhǔn)孔板、取壓裝置和前后測量管組成)和二次裝置以相互獨立的形式組成，與JJG640規(guī)程所述三種檢測方法適用對象并不完全相符，故該文針對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的結(jié)構(gòu)特點，探究了適用于分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法，該方法將不僅關(guān)注分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計各組成部分的檢定校準(zhǔn)，還關(guān).注各部分組成整套流量計后的整體校準(zhǔn)，更符合分體式流量計的結(jié)構(gòu)特點和校準(zhǔn)操作。
1校準(zhǔn)準(zhǔn)備工作
在分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法探究中，結(jié)合工作現(xiàn)場的實際情況，分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)工作分三步進(jìn)行。第一步,標(biāo)準(zhǔn)孔板檢定/校準(zhǔn)及安裝確認(rèn);第二步,配套二次裝置各組成單元的單項校準(zhǔn);第三步，成套校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)前需要對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的要求、校準(zhǔn)環(huán)境及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備探討說明。
1.1技術(shù)要求
分體式差壓流量計中，標(biāo)準(zhǔn)孔板應(yīng)有設(shè)計計算書、首檢證書(或測試報告)、安裝使用說明書等技術(shù)文件,周期檢定/校準(zhǔn)的流量計還應(yīng)有前次檢測/校準(zhǔn)的檢測報告/校準(zhǔn)證書;所配流量積算單元應(yīng)有首檢證書(或測試報告)、參數(shù)設(shè)置清單、使用說明書等技術(shù)文件，周期檢定/校準(zhǔn)的流量計還應(yīng)有前次檢測/校準(zhǔn)的檢測報告/校準(zhǔn)證書;所配壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器應(yīng)有首檢證書(或測試報.告)、使用說明書等技術(shù)文件,周期檢定/校準(zhǔn)的流量計還應(yīng)有前次校準(zhǔn)的校準(zhǔn)證書。
1.2校準(zhǔn)條件
1.2.1環(huán)境條件
溫度:(5~40)℃;
大氣壓力:(86~106)kPa;
相對濕度:(45~75)%RH。
1.2.2標(biāo)準(zhǔn)孔板
標(biāo)準(zhǔn)孔板有檢定證書(幾何檢定、流出系數(shù)檢定/校準(zhǔn))且在JJG640-2016中7.5規(guī)定的檢定周期內(nèi)或具備現(xiàn)場進(jìn)行幾何檢定的條件。
1.2.3標(biāo)準(zhǔn)孔板的安裝
前后直管段符合GB/T2624.2-2006中6.2規(guī)定的最短要求;管道圓度與圓柱度符合GB/T2624.2-2006中6.4規(guī)定的要求;一次裝置和夾持環(huán)的位置符合GB/T2624.2-2006中6.5規(guī)定的要求;差壓取壓口符合GB/T2624.2-2006中5.2規(guī)定的要求;管道內(nèi)徑、直徑比、雷諾數(shù)的范圍及管道粗糙度符合GB/T2624.2-2006中5.3.1規(guī)定的使用限制要求，可壓縮流體還應(yīng)P2/P1≥0.75。
若測量介質(zhì)為天然氣,標(biāo)準(zhǔn)孔板的安裝應(yīng)滿足GB/T21446-2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量》的要求。
1.2.4導(dǎo)壓管
導(dǎo)壓管的敷設(shè)有利于差壓信號準(zhǔn)確傳導(dǎo)且取壓閥、平衡閥處于正確的開/關(guān)狀態(tài)。
1.3校準(zhǔn)設(shè)備
1.3.1壓力標(biāo)準(zhǔn)器(壓力校驗儀)
壓力發(fā)生范圍:能覆蓋被校準(zhǔn)壓力送器量程或?qū)嶋H壓力測量范圍;控制穩(wěn)定性:<0.005%FS;目標(biāo)壓力穩(wěn)定持續(xù)時間:>5min。
1.3.2溫度標(biāo)準(zhǔn)器(恒溫槽或溫度校驗儀)
溫度發(fā)生范圍:能覆蓋被校準(zhǔn)溫度送器/溫度傳.感器實際溫度測量范圍;準(zhǔn)確度:≤±0.5C;顯示分辨率:0.01℃;溫場波動:±0.03℃/15分鐘;水平溫場:±0.05℃;垂直溫場:≤0.5℃。
1.3.3差壓標(biāo)準(zhǔn)器(差壓校驗儀)
差壓發(fā)生范圍:能覆蓋被校準(zhǔn)差壓送器量程或?qū)嶋H差壓測量范圍;控制穩(wěn)定性:<0.005%FS;目標(biāo)壓力穩(wěn)定持續(xù)時間:>5min;控制響應(yīng)時間:<30s。
1.3.4標(biāo)準(zhǔn)電阻箱
量程:0~400.000Ω;分辨率:10mΩ;準(zhǔn)確度:不低于0.02%RD+0.02Ω。
1.3.5直流信號源
可輸出三路DC(0~20)mA連續(xù)可調(diào)信號;量程:0~22.0000mA;分辨率:1μA;準(zhǔn)確度:不低于0.02%RD+1μA;穩(wěn)定度:0.05%12h。
2校準(zhǔn)項目與校準(zhǔn)方法
2.1校準(zhǔn)項目
校準(zhǔn)項目見表2,分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計單次校準(zhǔn)應(yīng)包括單項校準(zhǔn)和成套校準(zhǔn)兩項。
2.2校準(zhǔn)方法
2.2.1標(biāo)準(zhǔn)孔板檢定/校準(zhǔn)及安裝確認(rèn)
(1)標(biāo)準(zhǔn)孔板現(xiàn)場檢定校準(zhǔn)
若標(biāo)準(zhǔn)孔板有有效溯源證書,且是幾何檢測法溯源證書，則可依據(jù)JJG640-2016《差壓式流量計》5.1條評估標(biāo)準(zhǔn)孔板引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，依據(jù)附錄B計算標(biāo)準(zhǔn)孔板流出系數(shù);
若標(biāo)準(zhǔn)孔板有有效溯源證書,且是系數(shù)檢測法溯源證書,則可依據(jù)溯源證書的結(jié)果評估標(biāo)準(zhǔn)孔板引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量及計算流出系數(shù);
若標(biāo)準(zhǔn)孔板無有效溯源證書，且?guī)缀螜z測法可以滿足其不確定度要求，則可參照J(rèn)JG640-2016《差壓式流量計》7.1條對其進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計中適用的標(biāo)準(zhǔn)孔板，在實際使用時.應(yīng)根據(jù)實際使用溫度t對標(biāo)準(zhǔn)孔板喉部直徑d,進(jìn)行修正使用。
若標(biāo)準(zhǔn)孔板無有效的溯源證書，且?guī)缀螜z測法不能滿足其不確定度要求，則可參照J(rèn)JG640-2016《差壓式流量計》7.2條對其進(jìn)行系數(shù)校準(zhǔn),校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)給出標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件流出系數(shù)計算公式及標(biāo)準(zhǔn)不確.定度。
(2)技術(shù)文件核驗
核驗檢定/校準(zhǔn)證書的標(biāo)準(zhǔn)孔板各項參數(shù)與待校準(zhǔn)流量計標(biāo)準(zhǔn)孔板是否一致且在規(guī)定的有效期內(nèi)。
核驗檢定/校準(zhǔn)證書給出的測試數(shù)據(jù)(如開孔.徑或流出系數(shù)等)是否符合設(shè)計計算書、GB/T2624(或GB/T21446)及JJG640相關(guān)規(guī)定。核驗設(shè)計計算書給出的流量范圍是否能涵蓋實際流量測量范圍。
核驗設(shè)計的差壓量程是否能涵蓋實際或設(shè)計流量范圍相對應(yīng)的差壓測量范圍(依據(jù)設(shè)計書給出的標(biāo)準(zhǔn)孔板設(shè)計參數(shù)與用戶提供的實際溫度、壓力核算實際或設(shè)計流量范圍相對應(yīng)的差壓測量范圍，當(dāng)實際或設(shè)計流量范圍相對應(yīng)的差壓測量范圍大于差壓設(shè)計量程或低于差壓設(shè)計量程的1/2,應(yīng)按實際或設(shè)計流量范圍相對應(yīng)的差壓測量范圍調(diào)整差壓量程。)
核驗參數(shù)設(shè)置清單中的溫度、壓力量程是否與溫度、壓力變送器設(shè)置一致且能涵蓋實際測量范圍。核驗設(shè)計計算書及參數(shù)設(shè)置清單中其它參數(shù)與實際工作條件是否一致(被校準(zhǔn)節(jié)流式流量計參數(shù)設(shè)置清單一般包括:標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件型式、被測介質(zhì)類型、流量計算方法/標(biāo)準(zhǔn)、物性值計算方法/標(biāo)準(zhǔn)、管道材質(zhì)、管道內(nèi)徑、節(jié)流件材質(zhì)、節(jié)流件開孔徑、溫度量程上下限、壓力量程上下限、差壓量程上下限、瞬時流量單位、累積流量單位及設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、設(shè)計最大流量等內(nèi)容。)
(3)安裝使用條件核驗
現(xiàn)場核驗標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置安裝方式(水平或垂.直)、前后直管段長度、與工藝管道的同心度、差壓管路的引出與敷設(shè)方式、法蘭與夾持環(huán)的位置等,核驗其是否符合GB/T2624-2006(若測量介質(zhì)為天然氣,應(yīng)滿足GB/T21446-2008的要求)與JJG640-
2016的規(guī)定要求。
2.2.2單項校準(zhǔn)
(1)溫度變送器檢定/校準(zhǔn)
在確認(rèn)被校準(zhǔn)溫度變送器量程與參數(shù)設(shè)置清單中溫度量程上下限--致后，使用溫度標(biāo)準(zhǔn)器(恒溫槽或溫度校驗儀)按照J(rèn)JF1183-2007溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行。
(2)差壓變送器檢定/校準(zhǔn)
在確認(rèn)被校準(zhǔn)差壓變送器量程與參數(shù)設(shè)置清單中差壓量程上下限一致后,使用壓力標(biāo)準(zhǔn)器(壓力校驗儀)按照J(rèn)JG882-2019壓力變送器檢定規(guī)程進(jìn)行。
(3)壓力變送器.
在確認(rèn)被校準(zhǔn)壓力變送器量程與參數(shù)設(shè)置清單中壓力量程上下限一致后，使用壓力標(biāo)準(zhǔn)器(壓力校驗儀)按照J(rèn)JG882-2019壓力變送器檢定規(guī)程進(jìn)行。
(4)流量積算儀
在確認(rèn)被檢測/校準(zhǔn)流量積算單元中的設(shè)置參數(shù)與參數(shù)設(shè)置清單對應(yīng)參數(shù)一致后,按照J(rèn)JC1003-2016中7.3.2的規(guī)定進(jìn)行。
(4)流量積算儀
在確認(rèn)被檢測/校準(zhǔn)流量積算單元中的設(shè)置參數(shù)與參數(shù)設(shè)置清單對應(yīng)參數(shù)--致后，按照J(rèn)JC1003一2016中7.3.2的規(guī)定進(jìn)行。
檢測/校準(zhǔn)前按下圖連接好線,通常被檢儀表通電預(yù)熱10min。如產(chǎn)品說明書對預(yù)熱時間另有規(guī)定的，則按說明書規(guī)定的時間預(yù)熱
①瞬時流量校準(zhǔn)
校準(zhǔn)點取下限流量所對應(yīng)的差壓值和.上限流量25%、50%、75%、100%所對應(yīng)的差壓值附近，以上校準(zhǔn)點是在設(shè)計狀態(tài)下;對于具有壓力、溫度補償功能的，另外應(yīng)在壓力不變，溫度在設(shè)計范圍內(nèi)任取兩點，溫度不變,壓力在設(shè)計范圍內(nèi)任取兩點,流量為最大情況下分別進(jìn)行校準(zhǔn)。
按選取校準(zhǔn)點，流量積算單元做一次測量。按下式計算每個檢測/校準(zhǔn)點的相對誤差。
式中:Ei為第i檢測/校準(zhǔn)點的相對誤差;qi為第i檢測/校準(zhǔn)點積算單元的示值;qsi為第i檢測/校準(zhǔn)點的瞬時流量的理論計算值。
其中，qsi的計算應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)孔板的參數(shù)及被測介質(zhì)在校準(zhǔn)點的操作條件，依據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和計量檢定規(guī)程進(jìn)行計算(或使用通過法定計量檢定單位認(rèn)證的計算軟件進(jìn)行計算)。介質(zhì)物性值計算應(yīng)符合JJG1003-2016附錄A.2的規(guī)定。
②補償參量校準(zhǔn)
試驗點取零點、0.25Amax、0.5Amax、0.75Amax、Ama。其中，Amx為模擬輸入信號的上限值。對于溫度信號采用熱電阻和熱電偶的.Amax取設(shè)計任務(wù)書溫度上限。
按選取校準(zhǔn)點，流量積算單元作一次測量。按下式計算每個校準(zhǔn)點誤差。
式中:EAi為第i校準(zhǔn)點的誤差;Ai為第i校準(zhǔn)點流量積算單元的示值;A.為第i校準(zhǔn)點輸入信號對，應(yīng)的理論計算值;Amax.為輸入信號上限對應(yīng)的理論計算值。
2.2.3成套校準(zhǔn)
在確認(rèn)被校準(zhǔn)的分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的變送器及流量積算單元中的設(shè)置與參數(shù)設(shè)置清單對應(yīng)參.數(shù)一致后,參照J(rèn)JG1003-2016中7.3.2.1的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。
二次裝置保持實際工作連接狀態(tài)，將溫度傳感器放入溫度標(biāo)準(zhǔn)器(恒溫槽等)中,壓力變送器與壓力標(biāo)準(zhǔn)器(壓力校驗儀)連接,差壓變送器與差壓標(biāo)準(zhǔn)器(差壓校驗儀)連接,通電預(yù)熱10min。
(1)瞬時流量檢測/校準(zhǔn)
校準(zhǔn)點取下限流量所對應(yīng)的差壓值和上限流量25%、50%、75%、100%所對應(yīng)的差壓值附近，以上校準(zhǔn)點是在設(shè)計狀態(tài)下;對于具有壓力、溫度補償功能的，另外應(yīng)在壓力不變，溫度在設(shè)計范圍內(nèi)任取兩點,溫度不變,壓力在設(shè)計范圍內(nèi)任取兩點，流量為最大情況下分別進(jìn)行校準(zhǔn)。
按選取校準(zhǔn)點，做一次測量。按下式計算每個流量點的誤差。
式中:Ei為第i校準(zhǔn)點的相對誤差;qi為第i校準(zhǔn)點二次裝置的示值;qsi為第i校準(zhǔn)點的瞬時流量的理論計算值。
其中，qsi的計算應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件的型式及被測介質(zhì)在檢測/校準(zhǔn)點的操作條件,依據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和計量檢定規(guī)程進(jìn)行計算(或使用通過法定計量檢定單位認(rèn)證的計算軟件進(jìn)行計算)。介質(zhì)物性值計算應(yīng)符合JJG1003-2016附錄A.2的規(guī)定。
(2)溫度、壓力差壓測量通道校準(zhǔn)
試驗點取零點、0.25Amax、0.5Amax、0.75....max、Amax、Amax。其中,Amax分別為溫度、壓力、差壓變送器上限值。
按選取校準(zhǔn)點，作一次測量。按下式計算每個校準(zhǔn)點誤差。
式中:Ei為第i校準(zhǔn)點的誤差;Ai為第i校準(zhǔn)點二次裝置的示值;A為第i校準(zhǔn)點輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(溫度、壓力、差壓)值;Amax為輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(溫.度、壓力、差壓).上限值。
3結(jié)論與展望
在大量現(xiàn)場工作與工程實際的基礎(chǔ)上對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法,即針對分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的構(gòu)成特點，采用單項校準(zhǔn)與成套校準(zhǔn)相結(jié)合校準(zhǔn)方式，解決了規(guī)程中規(guī)定的三種方法無法完全解決分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計實際校準(zhǔn)的問題,形成了更為合理的分體式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的校準(zhǔn)方法提高了其校準(zhǔn)工作的效率。在該文確定了校準(zhǔn)方法之后,下一步將對此校準(zhǔn)方法的不確定度進(jìn)行分析，并在工作中對此方法進(jìn)行檢驗，對其實用性和合理性進(jìn)一步驗證。
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