摘要(yao):針對水量計量(liàng)流量計 無法離(lí)線送檢的情況(kuàng)，流量計一在其(qí)他行業的在線(xian)校準方🌐法、國内(nèi)外研究現狀及(ji)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(chāo)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(li)行業開展校準(zhǔn)技術研究，并重(zhòng)點闡述便攜式(shi)超聲流量計用(yòng)于液體流量計(jì)實流在線校準(zhun)的技術要求、測(ce)量過程和😍計算(suan)方法r可爲今後(hòu)有效開展計量(liang)校準工作提供(gòng)🐅切實可靠的基(ji)礎。
1流量計的計(ji)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(wǎng)水利行業計量(liang)工作基礎薄弱(ruo)，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(su)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(liang)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(tí)PR待解決。根😄據國(guo)家強制性标準(zhun)《用🌍能單位能源(yuan)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(wei)結算的流✏️量計(jì)，都需📱要進行周(zhōu)期檢定。但是，法(fǎ)規中的檢定周(zhōu)👨‍❤️‍👨期并不能保證(zhèng)在用流量✂️計的(de)正确率。由于使(shǐ)用場合和介質(zhì)的複雜性，很多(duo)流♈量計還沒有(yǒu)到檢定周期就(jiu)已經超差，因此(ci)需要通過采用(yong)現場校準的核(he)查方式來保證(zhèng)流量計量的正(zhèng)确📱率。
　　校準(calibration)有時(shi)也稱标定或校(xiao)驗。以前流量儀(yi)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(xìng)質的校準過程(chéng)稱爲“校驗”，現在(zài)這些🐅名稱漸趨(qu)一緻，改用“校準(zhun)”。流量計的流量(liàng)校準有直接測(ce)量法和間接測(ce)量法兩種方法(fa)㊙️，校準方式分🧑🏽‍🤝‍🧑🏻爲(wèi)離線和現場在(zai)線檢測兩種方(fāng)式。
　　直接測量法(fǎ)亦稱實流校準(zhun)法，以實際流體(ti)流過被校驗儀(yí)表，再用别的标(biao)準裝置(标準流(liú)量計或流量标(biao)準計量器具)測(cè)出流體的流量(liang)與被校儀表的(de)流量值作比較(jiao)，也✊稱爲濕法标(biāo)定🔅(wetcalibration)。實流校⛹🏻‍♀️準法(fa)獲得的流量值(zhi)既可靠又準确(que)，爲目前許多流(liú)量儀表(如 電磁(ci)流量計 、容積式(shi)流量計、 渦輪流(liu)量計 等)所采用(yong)，而且作爲檢測(cè)标準流量的方(fang)法。制造廠在⛷️流(liu)☀️量計💯出廠前均(jun1)以實流校準法(fa)在流量校準标(biāo)準裝置(有時簡(jiǎn)稱流✉️量标✏️準裝(zhuang)置或流量校準(zhun)裝置)上完成流(liu)量量值傳遞過(guo)程。流量校準标(biao)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(liang)值的校準設備(bei)，其量值可溯源(yuán)到質量、時間和(he)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(yi)緻性、溯源✉️性和(he)實驗性等計量(liang)💯特點。
　　幹法校準(zhun)是一種間接校(xiao)準法，是以測量(liàng)電磁流量傳❌感(gǎn)🆚器的流通面積(jī)、結構尺寸和磁(cí)通密度B等參數(shu)來計算流量值(zhí)。幹法校準是在(zai)20世紀70年代以解(jiě)決大口徑電磁(cí)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(lei)專用儀器🌈的應(yīng)用現在‼️已從水(shuǐ)行業💚擴展到石(shí)油北工等流程(chéng)工業。
　　目前國内(nei)對幹法校準進(jin)行了一定的研(yan)究，如浙江大學(xué)重點分析了渦(wo)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(liang)原理、特點及實(shi)現方法;上海地(dì)區探索和制定(dìng)了“在線檢驗法(fa)”，積累了多台大(da)口徑電磁流量(liang)計檢查經驗，正(zhèng)在制訂《電磁流(liu)量儀在線校驗(yan)規範》地方行業(yè)性标準’廣州市(shi)自來水公司還(hai)起草了中華人(rén)民共和國城鎮(zhen)建設行業标準(zhun)《管道式電磁流(liú)量計👣在線校準(zhun)規程》(征求意見(jiàn)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(chuan)感器有關技術(shù)參數的變化對(duì)測量精度的影(ying)響。因爲這種👌方(fang)法不直觀，不能(néng)直接反映管道(dào)的中水流量。
2現(xian)場校準方法與(yǔ)裝置
　　在江河湖(hú)泊的管道取水(shuǐ)計量設備主要(yao)采用電磁流量(liang)計或 超聲波流(liú)量計 ，而檢測流(liu)量的傳感器(包(bāo)括渦輪、差壓、容(rong)積和質量等其(qí)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(yǐng)響根💛本無法拆(chai)卸，如大型輸水(shuǐ)管不允許停水(shui)，大口徑流量計(jì)設備安裝複雜(zá)，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(yè)，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(yue)多的大管徑、大(da)流量的液體流(liu)量計🌈進行現場(chang)在線實流校準(zhǔn)，成爲一個意義(yì)重大的問題。因(yin)此，水利行業開(kai)展現場在線校(xiao)準技術研究是(shì)很有必要的，也(ye)是非🤞常具有挑(tiāo)戰性的任👌務。
　　流(liu)量計的現場校(xiào)準和驗證實際(jì)上是在現場針(zhēn)對流量測量系(xi)❌統(包括流量計(jì)、前後連接管道(dao)、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(fǎ)規，現場在線校(xiao)準方法與技術(shu)研究有望爲流(liu)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(zhi)
　　目前采用現場(chang)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(zhuāng)置法又分爲固(gù)定安裝的基地(di)式和💞移動式，其(qi)體系⚽如圖1所示(shi)。
2.1.1基地式流量标(biao)準裝置
(1)标準體(ti)積管。一般采用(yòng)一套體積管流(liu)量标準裝置和(he)🌈相應的切換閘(zhá)閥，就可實施流(liu)量計的定時輪(lún)換在線校準。如(rú)圖2所示，關閥1，開(kai)閥2，流體經待校(xiao)流量計🏒後進人(ren)标準體積管實(shí)現在線校準。國(guó)内原油貿易計(jì)量基本實行了(le)這種方法。
(2)标準(zhǔn)流量計。固定安(ān)裝标準流量計(ji)系統組成與圖(tú)2相似，隻是㊙️用标(biao)準流量計替代(dài)圖中的标準體(ti)積管。很明顯，基(jī)地式流量标準(zhǔn)裝置需要在管(guan)道上預留✍️較多(duo)的連接管線和(hé)切💁換控制閘閥(fa)等輔助設備，有(yǒu)些類型流量計(jì)購置費較低，但(dan)其輔助設備費(fèi)用會大大超過(guo)流量計本身購(gòu)置費，這種現場(chang)校準裝置☂️實際(jì)上在大部分取(qu)排水管道上是(shi)不具備的。

2.1.2移動式流量标(biao)準裝置
　　移動式(shì)與基地式的基(ji)本相同，隻不過(guo)标準裝置是由(yóu)專用的汽車或(huò)拖車裝載，移動(dong)式車載流量标(biao)準裝置靈活性(xìng)高，到現場檢定(dìng)方便，但裝置設(she)備費用♉較高。
2.2示(shi)蹤法
　　在現場應(yīng)用示蹤法校準(zhun)流量計國際上(shang)已相當成熟，早(zao)♌在20世🐕紀70年代就(jiù)頒發了國際标(biao)準ISO2975一(1一7)《封閉管(guan)道中水流量測(ce)量—示📱蹤法💞》，标準(zhun)規定了用放射(shè)性示蹤劑或🔴非(fēi)放射性示蹤劑(ji)的實施方法和(hé)要求。示蹤法測(ce)量的基本工作(zuò)原理有兩類:一(yī)是恒速注人法(fǎ)📱(也有稱稀釋法(fa))，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(kuo)散稀釋理論㊙️計(ji)算流量;二是示(shi)蹤劑瞬時注人(rén)，然後測量示蹤(zong)物流經一段距(jù)離所需的時間(jiān)計算流量，稱爲(wèi)傳輸時間法。傳(chuan)輸時🐅間示蹤法(fa)也使用于明渠(qú)流、非滿管流❤️或(huo)疑有沉澱物的(de)滿管流的流量(liàng)校準。
　　近些年國(guó)内也在探索示(shi)蹤法，試圖在線(xian)校準大口徑水(shuǐ)流量計。
但是，化(hua)學試劑和同位(wei)素示蹤劑污染(rǎn)環境，破壞水質(zhì)🈲，在水行♻️業一般(ban)很少采用。
2.3現場(chǎng)比對法
　　現場“流(liu)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(rú)臨時夾裝的超(chāo)聲波流量計的(de)測量值、流人管(guan)系中已丈量過(guò)容量的液體體(tǐ)積等都可作爲(wei)“參照流量”。關于(yu)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(biao)準定義，不再贅(zhuì)述。實踐中許多(duō)專業人員探索(suo)出多種現場比(bǐ)對的方法和間(jian)接檢查方法，主(zhu)要有以下3種類(lei)型:
(1)利用流程中(zhōng)存儲容器、工作(zuò)容器、水池或衡(héng)器的容器衡器(qi)法比對。水池容(róng)積比對法是供(gong)水企業經常采(cai)用的方法，制水(shui)廠利用大容積(ji)清水池的有利(li)條件，可獲㊙️得較(jiào)高🤩的比對精度(dù)。
(2)在待測流量計(ji)的管線預留位(wei)置，以備接人參(cān)比流量計的流(liu)量🚩計比對法。
(3)外(wài)敷式超聲換能(neng)器的超聲流量(liang)計比對法。外敷(fu)式亦稱💚外🧑🏽‍🤝‍🧑🏻貼式(shi)、外夾式、捆綁式(shì)，超聲波流量計(ji)是流量測量最(zui)有發展前途的(de)三種途徑之一(yi):特别是國外已(yi)有産品測量㊙️精(jīng)度誤差<土0.5%，這有(yǒu)利于高精度的(de)對比檢測與現(xian)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(shì)超聲波流量計(ji)實現在線校準(zhǔn)
　　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(jì)，在供水業應用(yòng)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(jiao)适用于大口徑(jing)🔞流量計的現場(chǎng)在線🌂檢測和校(xiào)🚶‍♀️準，可供水利行(hang)業的相關檢測(ce)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(chǎn)述。
3.1外敷式換能(néng)器超聲流量計(ji)比對法原理
　　其(qí)原理是:将準确(què)度較高的便攜(xie)式超聲波流量(liang)計作爲✍️标準器(qì)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(jù)進行比對，根據(ju)比對結果計算(suàn)被檢流量計的(de)誤差，誤差二(測(ce)量值一标準值(zhí))/标準值，再利用(yòng)計算的相對誤(wù)差調整⚽被檢流(liu)量計☔的系數，使(shǐ)被🆚檢流量計與(yu)便攜式超聲波(bo)流量計顯示流(liú)量數據一緻，以(yǐ)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(xiàn)校準采用的便(bian)攜式超聲流量(liàng)計應具有國家(jiā)法定計⚽量⭐檢定(ding)機構出具的檢(jian)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(hang)，應符合《超聲流(liú)量計檢定規程(cheng)》(JJG1030-2007)附錄D的要求}lo;。
在(zài)線校準用的其(qi)他輔助設備，如(rú)卷尺、測厚儀、秒(miǎo)表等計🌈量器具(jù)均應具有有效(xiao)的檢定證書，被(bèi)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(qián)次的校準證書(shu)。現場校準時溫(wēn)度、濕🏃🏻‍♂️度、外界磁(cí)場🔆、機械振動等(deng)環境條件，應符(fu)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(gōng)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(tài)和參數設置，确(que)認可✊以開展♍現(xian)場校準。
3.3測量過(guò)程及計算方法(fa)
(1)管徑測量。用量(liang)具分别在換能(neng)器安裝位置附(fu)近的同一截面(mian)🚩上大緻等角分(fèn)布測量n次外直(zhi)徑，或測量幾次(ci)外周長推算出(chū)⚽外直徑，其平均(jun1)值D按式(1)計算:

式(shi)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(huo)推算出的外直(zhi)徑。
(2)壁厚測量。在(zai)換能器安裝位(wèi)置均布5個點，使(shi)用測厚儀🔞測量(liàng)管道壁厚，并取(qu)其平均值。對無(wú)法測量的參數(shù)，如管道‼️材質♋、襯(chen)裏材料、厚度等(deng)，根據現場技術(shu)資料查明🔞并确(que)認。
(3)标準表安裝(zhuang)。将上述管道參(cān)數輸人标準表(biao)内，得出換能器(qi)安裝⭐距離。在安(an)裝标準表管段(duàn)上畫線定位，确(què)定換能器的位(wèi)置☔。清理已定安(an)裝位置附近的(de)管壁，将管壁上(shàng)的油漆、鐵鏽、污(wu)垢等清除幹淨(jing)，露出管道材質(zhi)，打磨光滑。在換(huàn)能器表😄面均勻(yún)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(guǎn)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(jie)到轉換器上，按(an)要求将信号調(diào)試到最佳狀态(tai)。
(4)計量性能校準(zhun)。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(shì)值，分别按式(2)~式(shì)(4)計算被校流量(liàng)♻️計的示值誤差(cha)和重🍉複性:

　　式中(zhong):E。爲流量計每個(ge)流量點每次校(xiào)準的相對示值(zhi)誤差;qij爲第i流量(liàng)點第j次校準時(shí)的流量計示值(zhí)(瞬時值或💞累積(jī)🐕值);(qs)。爲第i流量點(diǎn)㊙️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(zhi)誤差;(Er):爲被校流(liú)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(shí)，同時讀取⛹🏻‍♀️并記(jì)錄流量計和标(biāo)準表的示值，比(bǐ)對标定✌️法必須(xu)保證比對過程(cheng)中時間的同步(bù)。若讀取的數值(zhi)爲瞬時值，則至(zhì)💚少讀取20個數值(zhí)，取其平均值;若(ruo)讀取的數值爲(wei)累積值，則應🈲保(bǎo)證大于📞最小讀(du)數的1000倍或讀取(qǔ)至少20min。的累積值(zhí)。
　　便攜式超聲波(bō)流量計在實際(ji)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(an)🔞裝方便;外敷式(shi)探頭，不幹擾流(liú)場，無壓力損失(shi);儀表無可動及(jí)易損部🔅件，穩定(ding)性好;适用範圍(wéi)廣，可用于各種(zhong)類型流量計的(de)在線比對;适應(ying)✌️性強，可用🔞于不(bu)同管徑、不同介(jie)質(高溫、高壓、易(yì)爆、高勃度、強腐(fu)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(jià)比高。
　　但是，便攜(xié)式超聲波流量(liàng)計受其自身測(ce)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(yin)素對測量的影(ying)響較大，對專業(ye)檢測人員的技(jì)術性和經驗性(xing)要求✍️很強、操作(zuò)要求很高，還需(xū)要在實踐中進(jin)一步積累經驗(yàn)，形成技術規範(fan)。
4結論
　　現場校準(zhun)方法是計量技(jì)術發展的趨勢(shi)，特别是運用便(biàn)攜式超聲波流(liu)量計開展在線(xian)流量計的校準(zhǔn)是可🔴行的方法(fǎ)，能極大地方便(biàn)現場計量校準(zhǔn)工作，有效降低(dī)計量方面的資(zī)金消耗，易于🔞推(tui)廣應用。資料表(biǎo)明，通🏃‍♀️過開展流(liú)量計量儀表現(xiàn)場校準技術的(de)研究與應用，可(kě)以提高計量檢(jiǎn)測水平，達到周(zhōu)期性計量檢定(ding)的目的，使在線(xian)流量計測量數(shù)據準确可靠，隻(zhi)要準确操作，盡(jin)量減少随機誤(wù)差和附加誤差(cha)，是📐可以達到國(guo)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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