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                時間:2024-2-29 09:12:31

              分體式標準孔板流量計校準方法

              摘要:分體式標準孔板流量計在流量計量領域應用廣泛,幾何檢測法主要針對差壓式流量計中標準孔板本身的幾何參數;系數檢測法主要的測定。分體式標準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,故現行的三種檢測方法均不能完全適用于分體式標準孔板流量計的檢定或校準。在日常工作實踐與分體式標準孔板流量計的特點基礎上,進行了適用于分體式標準孔板流量計的校準方法,形成以單項校準與成套校準相結合校準方法,該校準方法更符合分體式標準孔板流量計的使用與結構特點,保障分體式標準孔板流量計的準確溯源。
              0引言
                分體式標準孔板流量計由一次裝置和二次裝置兩部分組成,其中一次裝置由標準孔板、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:以標準孔板安裝在充滿流體的管線中為依據,裝入標準孔板后,流體流過孔板,在孔板的上游側和下游側之間產生一個靜壓差,利用該壓差與流量的關系,可以確定管道流體的流量(質量流量或體積流量)。分體式標準孔板流量計以其優越的計量性能,在能源、化工等領域得到了廣泛的應用,其組成如圖1所示。
              分體式標準孔板流量計組成示意圖
 
                分體式標準孔板流量計結構簡單、牢固、性能穩定可靠、使用期限長、價格低廉,應用范圍特別廣泛,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;工作狀態方面:適用于常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等工況環境等;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。其在各工業測量現場的用量約占流量計總用量的1/4~1/3。
                分體式標準孔板流量計如此大的應用體量,使其校準的需求量非常巨大,其檢測數據的要求越來越高。目前國內對分體式標準孔板流量計的檢定或校準工作一“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準孔板本身的幾何參數;系數檢測法主要針對差壓式流量計的節流裝置,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行流量計示值誤差的測定。
                而分體式標準孔板流量計由一次裝置(由標準孔板、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準孔板流量計的結構特點,探究了適用于分體式標準孔板流量計的校準方法,該方法將不僅關注分體式標準孔板流量計各組成部分的檢定校準,還關.注各部分組成整套流量計后的整體校準,更符合分體式流量計的結構特點和校準操作。
              1校準準備工作
                在分體式標準孔板流量計的校準方法探究中,結合工作現場的實際情況,分體式標準孔板流量計的校準工作分三步進行。第一步,標準孔板檢定/校準及安裝確認;第二步,配套二次裝置各組成單元的單項校準;第三步,成套校準。在校準前需要對分體式標準孔板流量計的要求、校準環境及標準設備探討說明。
              1.1技術要求
                分體式差壓流量計中,標準孔板應有設計計算書、首檢證書(或測試報告)、安裝使用說明書等技術文件,周期檢定/校準的流量計還應有前次檢測/校準的檢測報告/校準證書;所配流量積算單元應有首檢證書(或測試報告)、參數設置清單、使用說明書等技術文件,周期檢定/校準的流量計還應有前次檢測/校準的檢測報告/校準證書;所配壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器應有首檢證書(或測試報.告)、使用說明書等技術文件,周期檢定/校準的流量計還應有前次校準的校準證書。
              1.2校準條件
              1.2.1環境條件
              溫度:(5~40)℃;
              大氣壓力:(86~106)kPa;
              相對濕度:(45~75)%RH。
              1.2.2標準孔板
                標準孔板有檢定證書(幾何檢定、流出系數檢定/校準)且在JJG640-2016中7.5規定的檢定周期內或具備現場進行幾何檢定的條件。
              1.2.3標準孔板的安裝
                前后直管段符合GB/T2624.2-2006中6.2規定的最短要求;管道圓度與圓柱度符合GB/T2624.2-2006中6.4規定的要求;一次裝置和夾持環的位置符合GB/T2624.2-2006中6.5規定的要求;差壓取壓口符合GB/T2624.2-2006中5.2規定的要求;管道內徑、直徑比、雷諾數的范圍及管道粗糙度符合GB/T2624.2-2006中5.3.1規定的使用限制要求,可壓縮流體還應P2/P1≥0.75。
              若測量介質為天然氣,標準孔板的安裝應滿足GB/T21446-2008《用標準孔板流量計測量天然氣流量》的要求。
              1.2.4導壓管
                導壓管的敷設有利于差壓信號準確傳導且取壓閥、平衡閥處于正確的開/關狀態。
              1.3校準設備
              1.3.1壓力標準器(壓力校驗儀)
                壓力發生范圍:能覆蓋被校準壓力送器量程或實際壓力測量范圍;控制穩定性:<0.005%FS;目標壓力穩定持續時間:>5min。
              1.3.2溫度標準器(恒溫槽或溫度校驗儀)
              溫度發生范圍:能覆蓋被校準溫度送器/溫度傳.感器實際溫度測量范圍;準確度:≤±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差壓標準器(差壓校驗儀)
                差壓發生范圍:能覆蓋被校準差壓送器量程或實際差壓測量范圍;控制穩定性:<0.005%FS;目標壓力穩定持續時間:>5min;控制響應時間:<30s。
              1.3.4標準電阻箱
                量程:0~400.000Ω;分辨率:10mΩ;準確度: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連續可調信號;量程:0~22.0000mA;分辨率:1μA;準確度:不低于0.02%RD+1μA;穩定度:0.05%12h。
              2校準項目與校準方法
              2.1校準項目
                校準項目見表2,分體式標準孔板流量計單次校準應包括單項校準和成套校準兩項。
               
              2.2校準方法
              2.2.1標準孔板檢定/校準及安裝確認
              (1)標準孔板現場檢定校準
                若標準孔板有有效溯源證書,且是幾何檢測法溯源證書,則可依據JJG640-2016《差壓式流量計》5.1條評估標準孔板引入的標準不確定度分量,依據附錄B計算標準孔板流出系數;
                若標準孔板有有效溯源證書,且是系數檢測法溯源證書,則可依據溯源證書的結果評估標準孔板引入的標準不確定度分量及計算流出系數;
                若標準孔板無有效溯源證書,且幾何檢測法可以滿足其不確定度要求,則可參照JJG640-2016《差壓式流量計》7.1條對其進行現場校準。
                標準孔板流量計中適用的標準孔板,在實際使用時.應根據實際使用溫度t對標準孔板喉部直徑d,進行修正使用。
                若標準孔板無有效的溯源證書,且幾何檢測法不能滿足其不確定度要求,則可參照JJG640-2016《差壓式流量計》7.2條對其進行系數校準,校準結果應給出標準節流件流出系數計算公式及標準不確.定度。
              (2)技術文件核驗
                核驗檢定/校準證書的標準孔板各項參數與待校準流量計標準孔板是否一致且在規定的有效期內。
              核驗檢定/校準證書給出的測試數據(如開孔.徑或流出系數等)是否符合設計計算書、GB/T2624(或GB/T21446)及JJG640相關規定。核驗設計計算書給出的流量范圍是否能涵蓋實際流量測量范圍。
                核驗設計的差壓量程是否能涵蓋實際或設計流量范圍相對應的差壓測量范圍(依據設計書給出的標準孔板設計參數與用戶提供的實際溫度、壓力核算實際或設計流量范圍相對應的差壓測量范圍,當實際或設計流量范圍相對應的差壓測量范圍大于差壓設計量程或低于差壓設計量程的1/2,應按實際或設計流量范圍相對應的差壓測量范圍調整差壓量程。)
                核驗參數設置清單中的溫度、壓力量程是否與溫度、壓力變送器設置一致且能涵蓋實際測量范圍。核驗設計計算書及參數設置清單中其它參數與實際工作條件是否一致(被校準節流式流量計參數設置清單一般包括:標準節流件型式、被測介質類型、流量計算方法/標準、物性值計算方法/標準、管道材質、管道內徑、節流件材質、節流件開孔徑、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、累積流量單位及設計溫度、設計壓力、設計最大流量等內容。)
              (3)安裝使用條件核驗
                現場核驗標準節流裝置安裝方式(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方式、法蘭與夾持環的位置等,核驗其是否符合GB/T2624-2006(若測量介質為天然氣,應滿足GB/T21446-2008的要求)與JJG640-
              2016的規定要求。
              2.2.2單項校準
              (1)溫度變送器檢定/校準
                在確認被校準溫度變送器量程與參數設置清單中溫度量程上下限--致后,使用溫度標準器(恒溫槽或溫度校驗儀)按照JJF1183-2007溫度變送器校準規范進行。
              (2)差壓變送器檢定/校準
                在確認被校準差壓變送器量程與參數設置清單中差壓量程上下限一致后,使用壓力標準器(壓力校驗儀)按照JJG882-2019壓力變送器檢定規程進行。
              (3)壓力變送器.
                在確認被校準壓力變送器量程與參數設置清單中壓力量程上下限一致后,使用壓力標準器(壓力校驗儀)按照JJG882-2019壓力變送器檢定規程進行。
              (4)流量積算儀
                在確認被檢測/校準流量積算單元中的設置參數與參數設置清單對應參數一致后,按照JJC1003-2016中7.3.2的規定進行。
              (4)流量積算儀
                在確認被檢測/校準流量積算單元中的設置參數與參數設置清單對應參數--致后,按照JJC1003一2016中7.3.2的規定進行。
                檢測/校準前按下圖連接好線,通常被檢儀表通電預熱10min。如產品說明書對預熱時間另有規定的,則按說明書規定的時間預熱
               
              ①瞬時流量校準
                校準點取下限流量所對應的差壓值和.上限流量25%、50%、75%、100%所對應的差壓值附近,以上校準點是在設計狀態下;對于具有壓力、溫度補償功能的,另外應在壓力不變,溫度在設計范圍內任取兩點,溫度不變,壓力在設計范圍內任取兩點,流量為最大情況下分別進行校準。
                按選取校準點,流量積算單元做一次測量。按下式計算每個檢測/校準點的相對誤差。
               
                式中:Ei為第i檢測/校準點的相對誤差;qi為第i檢測/校準點積算單元的示值;qsi為第i檢測/校準點的瞬時流量的理論計算值。
                其中,qsi的計算應根據標準孔板的參數及被測介質在校準點的操作條件,依據國家有關標準和計量檢定規程進行計算(或使用通過法定計量檢定單位認證的計算軟件進行計算)。介質物性值計算應符合JJG1003-2016附錄A.2的規定。
              ②補償參量校準
                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取設計任務書溫度上限。
                按選取校準點,流量積算單元作一次測量。按下式計算每個校準點誤差。
               
                式中:EAi為第i校準點的誤差;Ai為第i校準點流量積算單元的示值;A.為第i校準點輸入信號對,應的理論計算值;Amax.為輸入信號上限對應的理論計算值。
              2.2.3成套校準
                在確認被校準的分體式標準孔板流量計的變送器及流量積算單元中的設置與參數設置清單對應參.數一致后,參照JJG1003-2016中7.3.2.1的相關規定進行。
                二次裝置保持實際工作連接狀態,將溫度傳感器放入溫度標準器(恒溫槽等)中,壓力變送器與壓力標準器(壓力校驗儀)連接,差壓變送器與差壓標準器(差壓校驗儀)連接,通電預熱10min。
              (1)瞬時流量檢測/校準
                校準點取下限流量所對應的差壓值和上限流量25%、50%、75%、100%所對應的差壓值附近,以上校準點是在設計狀態下;對于具有壓力、溫度補償功能的,另外應在壓力不變,溫度在設計范圍內任取兩點,溫度不變,壓力在設計范圍內任取兩點,流量為最大情況下分別進行校準。
                按選取校準點,做一次測量。按下式計算每個流量點的誤差。
               
                式中:Ei為第i校準點的相對誤差;qi為第i校準點二次裝置的示值;qsi為第i校準點的瞬時流量的理論計算值。
                其中,qsi的計算應根據標準節流件的型式及被測介質在檢測/校準點的操作條件,依據國家有關標準和計量檢定規程進行計算(或使用通過法定計量檢定單位認證的計算軟件進行計算)。介質物性值計算應符合JJG1003-2016附錄A.2的規定。
              (2)溫度、壓力差壓測量通道校準
                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。
              按選取校準點,作一次測量。按下式計算每個校準點誤差。
               
                式中:Ei為第i校準點的誤差;Ai為第i校準點二次裝置的示值;A為第i校準點輸入的標準信號(溫度、壓力、差壓)值;Amax為輸入的標準信號(溫.度、壓力、差壓).上限值。
              3結論與展望
                在大量現場工作與工程實際的基礎上對分體式標準孔板流量計的校準方法,即針對分體式標準孔板流量計的構成特點,采用單項校準與成套校準相結合校準方式,解決了規程中規定的三種方法無法完全解決分體式標準孔板流量計實際校準的問題,形成了更為合理的分體式標準孔板流量計的校準方法提高了其校準工作的效率。在該文確定了校準方法之后,下一步將對此校準方法的不確定度進行分析,并在工作中對此方法進行檢驗,對其實用性和合理性進一步驗證。

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