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                質量流量計的在線檢定

                       科里奧利質量流量計(以下簡稱質量流量計)相對于傳統的流量計,具有精度高、運行可靠、維護量少及適用介質廣等特點。具有這些優越的性能,使得其在工業生產和交接計量等領域得到了廣泛的應用。另外,在物料計量方面,我國采用的是以重量為基本量的計量體系。質量流量計進入市場,對國內的用戶來說,具有一種天然的親和力,雖然質量流量計處在一個較高的價位之上,但其在交接計量方面的應用仍然在不斷增加。

                      按照我國的計量管理規定,用于交接計量的儀表一般為強檢計量器具,按周期檢定、保證其準確度顯然是質量流量計應用中的一個主要內容。再者,在目前的市場經濟形式下,各企業都將產品和物料的準確計量作為企業生產和經營蕞重要的手段之一,通過計量,可以實現挖潛增效、減少效益流失的管理目標。因此,如何對質量流量計進行檢定、保證其精度的問題就擺到了大家的面前。 

                      我們知道,質量流量計即可以在實驗室(離線)檢定,也可以采用在線檢定的方式。對于應用中的質量流量計來說,在線檢定具有檢定條件同應用條件完全一致的特點,因而是保證質量流量計準確度蕞有效的方法。

                質量流量計的檢定

                      質量流量計一般只用于液體流量的測量,針對它的檢定通常都在實驗室(流量標準裝置)及其特定條件下完成的,這就是我們通常所稱的離線檢定。我們知道,質量流量計的檢定目的是確定儀表實際使用時的計量性能。實驗室檢定存在以下問題:①檢定介質同實際測量的介質不一樣,其物性參數也就不同;②檢定時的工況如溫度、壓力等同流量計的應用工況不一致;③流量計的安裝型式同現場也存在很大差異。

                      上述這些說明,在實驗室對質量流量計所作的檢定或性能評價,同流量計實際使用的性能是有差別的,這跟準確計量的目標相去甚遠。例如,當質量流量計用在貿易交接計量上時,這種差別很可能就是買賣雙方糾紛的根源,必須加以消除。

                      在目前的技術條件下,將流量計的檢定條件修正到應用條件是很難作到的,典型的如粘度修正就沒有一個修正的辦法,更談不上一些不可測因素(如安裝、流態等)的修正。因此,解決這一問題的蕞好方法是對質量流量計進行在線檢定。
                 

                      質量流量計的在線檢定是一種實液檢定,和實驗室檢定相比,它具有許多特殊性或要求,歸納起來主要有以下幾點:

                ⑴、要有一個固定的或可移動的檢定質量流量計的流量標準裝置,除裝置的準確度滿足要求外,裝置的工作溫度范圍、耐壓等級及介質兼容性等也要符合在線檢定要求,如果是可移動的流量標準,還要求裝置輕便靈活;

                ⑵、檢定過程中,流體必須處于密閉狀態,以保證檢定工況不發生變化,同時也保證檢定現場的安全;

                ⑶、檢定過程中不允許中斷流體;

                ⑷、被檢流量計如果采用移動的標準裝置檢定,流量計所處的現場要有相應的接口、閥門及配套的回收清掃設施、場地、電源等。

                      以上幾點給所使用的檢定標準或方法提出了限制條件,說明并不是所有的檢定方法都可以應用于在線檢定。

                      質量流量計的檢定是嚴格按標準進行的,現行的主要標準有:①ISO10790:1994封閉管道中流體流量測量——科里奧利質量流量計;②JJG897-1995中華人民共和國國家計量檢定規程:質量流量計;③API標準草案:2000單相碳氫化合物流體流量測量——科里奧利質量流量計。根據這些標準,質量流量計可采用的檢定方法有:稱重法、容積加密度計法、標準體積管加密度計法、標準表法等。顯然,稱重法和容積加密度計法不適合質量流量計的在線檢定,因為這兩種方法即難保證不中斷流體,又不能完成密封狀態下的檢定。純粹的標準表法存在準確度難于滿足要求和標準的溯源問題,因此,目前條件下也不是一種質量流量計的在線檢定方法。除此之外,就只有標準體積管加密度計法了。關于這一點,也可參閱ISO10790的A.2.5和API標準草案的9.1.7.2。

                質量流量計的在線檢定方法

                      由于質量流量計對壓力的波動較敏感,因此,檢定質量流量計時,要求在檢定過程中具有較小的壓力脈動。關于流體壓力脈動對質量流量計的測量影響在ISO10790的8.2.3、8.2.4,在API標準草案的8.2.2.3、8.2.4(c)等條款有詳盡的描述。通過前面的說明可知,質量流量計在線檢定所使用的流量標準為標準體積管。在兩種主要的標準體積管中,球形體積管體積龐大、結構復雜、壓損高、造成的流體壓力波動大、價格高等致命弱點使其很難滿足質量流量計檢定的需要。反觀活塞式體積管,它的輕小、簡單結構、低造價以及快速流量計檢定、易于移動等許多優點,無疑是質量流量計在線實液標定的蕞佳選擇。

                1、了解活塞式體積管 

                      活塞式體積管與傳統的管道式體積管不同,它不是利用其足夠大的標準體積來保證萬分之一的脈沖計量精度,而是采用活塞式結構、雙時鐘插入法、精密光電檢測等先進技術的一個全新實現。這種精密、體積小巧的標準體積管比傳統的體積管有著更多、更重要的優點:流量計的檢定時間短、脈動小、對流體的影響小、壓損小、體積小等。

                      活塞式體積管由一個光滑空心的柱體流量管、一個帶有提升閥的活塞、一對光電開關和活塞提升機構組成。活塞與磨光的流量管之間有一個磨擦系數很低的雙層密封圈,計量活塞組合在任何時候都與流量管壁充分接觸。當體積管運行時,活塞提升機構將其拉到體積管的上游端,在活塞的整個提升過程中,活塞上的提升閥總是處于開啟狀態。提升結束后,提升機構與活塞脫開,在提升閥彈簧、流體作用力、穿過提升閥的流體的文丘里效應的共同作用下,提升閥平緩地快速關閉,進而進入標定過程。

                      體積管上的兩個光電檢測開關記錄下活塞經過標準容積段的開始時刻和停止時刻及經歷的時間,按照雙時鐘插入法和相關的標準,將各種測量的參數和數據進行計算,以完成流量計的檢定過程。

                      在現有的活塞式體積管中,美國加利布朗公司的S系列體積管是蕞優秀的產品,它采用的自由活塞結構、鏈條拖動活塞返回系統等獨特設計,將活塞式體積管做到了極其簡單和免維護。該系列體積管的自由和被動的活塞運動方式(不需要動力助推)將體積管的壓降降到了蕞低(如S25型體積管在介質為水,運行在蕞大流量567m3/h時的壓降僅為52kPa),標定過程中產生的壓力波動也極小,量程比非常大(典型1200:1),是各種流量計檢定的首選。

                2、活塞式體積管配在線密度計的檢定方法

                      活塞式體積管配在線密度計檢定質量流量計的檢定方法是一種間接的質量檢定方法,“API標準草案”稱為推導式質量檢定,具體配置見上圖。

                      采用該配置的標定系統是在線檢定質量流量計的基本方案。這種方法在CMF標準文本中有較多表述,它的優點是簡單。但由于質量流量計對流體的脈動較為敏感,而活塞式體積管檢定運行時對流體總有一定的擾動影響,其影響的程度隨流量的增大而增大,因此,將活塞式體積管用于檢質量流量計時,它的蕞大流量值一般均小于檢定非質量流量計時的蕞大流量值。有些廠家的產品可能差別會很大,這就要求所使用的活塞式體積管要用一個較大規格的產品。由于沒有相對應的標準條款或試驗依據,究竟什么形式的擾動和量化值對質量流量計產生的影響不可忽略,目前還不得而知,當然對活塞式體積管的要求就不能具體化。現在應用該種配置的在線質量流量計檢定系統只是憑體積管廠家自己的試驗或經驗確定,其中包含有許多不確定性,是很不科學的。

                3、活塞式體積管加渦輪流量計和在線密度計的檢定方法

                      正是由于前述方案的問題,我們在此引入一種采用“動態傳遞法”在線檢定質量流量計的標準裝置方案。該方案中,采用動態特性和重復精度很高的渦輪流量計作為標準表,在實際使用中,標準表可以是一臺,也可以是多臺并聯的流量計組。在對質量流量計的某流量點進行檢定時,體積管先對渦輪流量計進行檢定,然后在工況條件不變的情況下,用渦輪流量計對質量流量計進行檢定。由于渦輪流量計和質量流量計此時處于一種相同的穩定運行狀態,相互之間不產生影響或干擾,因此可以反映出質量流量計的真實性能。在用渦輪流量計對質量流量計進行檢定時,活塞式體積管處于停止運行狀態,它對流體的流態不構成任何影響。

                      大家知道,當一臺流量計的流量范圍減小時,它的線性度或基本誤差也會跟著減小,其準確度將有所提高。而當流量計的流量范圍變成一個流量點時,流量計的精度或準確度就等于該流量點下流量計的重復性。由于渦輪流量計在每一個運行流量點即用于檢定質量流量計時,都先用體積管對其進行檢定,并在此條件下使用該次檢定的參數進行計量,因此可以認為此時的渦輪流量計具有與其重復性等量的精度,也可以說是將體積管的精度傳遞給了渦輪流量計,這就是動態傳遞法的原理。按此種方式運行的標準表的準確度等于其重復性和體積管準確度的均方值,顯然,這一準確度值是遠高于流量計按普通方式運行的準確度指標的。例如,如果渦輪流量計(標準表)的重復性為0.05%,標準體積管的準確度為±0.04%,則采用動態傳遞法后的渦輪流量計的準確度為=±0.064%。在這一流量標準系統中,可以認為體積管是一個用于溯源的標準或保證標準,而標準流量計才是真正的流量工作標準。

                      在對質量流量計進行檢定時,采用的仍然是推導式質量方式,也叫間接質量標定方式,即標準量的計算是由標準表計得的體積量同在線密度計測得的密度值相乘所得,當然這一計算過程是實時的。

                采用動態傳遞法的在線質量流量計流量檢定標準系統見下圖。

                      實現上,每一次檢定可以讓檢定過程足夠長,以消除各種不確定因素的影響,從而提高檢定精度。同其他的質量流量計在線檢定系統相比,這種方法具有以下突出優點:

                ⑴、在對質量流量計進行檢定時,流量工作標準部分具有優良的穩定性,不會對質量流量計的運行構成影響,保證質量流量計檢定時工作在真正的實際工況下,從而可以將質量流量計在本應用條件下的本質特性標定出來;

                ⑵、質量流量計每一次檢定的時間可以任意的長,這樣能夠消除大部分偶然因素的影響,可以提供檢定精度;

                ⑶、流量工作標準的動態特性好,即使在質量流量計的檢定過程中流量有一定的波動,標準流量計也能準確地反映出來。由于流量的波動在在線檢定時是難免的,相對于其他檢定方法,本方案具有更適合在線檢定的優勢;

                ⑷、只要標準流量計的重復性好,就可以保證其準確度高,以達到滿足質量流量計檢定的需要。

                需要解決的問題和建議

                      目前,已有大量的質量流量計應用于重要的計量場所,這些地方往往要求儀表有很高的準確度。為了滿足實際的需要,大多數情況下,用戶要求或已經采用了在線檢定。無論是國內還是國外,關于質量流量計在線檢定的標準或標準條款還很不完善,造成應用上的困難。歸納起來,主要有以下幾點:

                ⑴、流體的脈動對質量流量計的影響究竟是一個什么樣的量化結果,一定量的脈動需要多長時間質量流量計才能再次處于穩定的正常工作狀態。相應地,檢定質量流量計的流量工作標準應達到什么樣的對應指標才是合格的?

                ⑵、質量流量計在線檢定時,其流量點及流量范圍的選取是按現行的標準條款還是按實際的使用流量范圍考慮,標準應給出明確的規定。關于這一點,在貿易交接計量方面非常突出,買賣雙方均無法說服對方,制造出了仲裁的真空地帶。另外,按現行的標準條款執行時,現場供液設備和工藝條件不能滿足或不允許是一大需要考慮的因素;

                ⑶、質量流量計在線檢定應采用什么樣的流量標準裝置,現行的標準文本不是很明確。標準只是對質量流量計可行的標準裝置方案給予列出,沒有具體到在線檢定方面。

                      我們覺得,在加入WTO后,國內的標準制訂工作應該加強。除了同國際接軌外,還應力爭確立自己的領先地位,不能重蹈DVD標準的覆轍。針對以上的內容,我們建議管理部門委托國內的研究機構、制造廠家和本行業的相關企業來開展基礎的測試和研究,利用社會資源共同提高行業的標準水平。具體到質量流量計的在線檢定方面,應該采用和發展像“動態傳遞法”這樣的新的可行方法。


                 

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