利用由標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、流量積算儀和遙控觸發(fā)開關(guān)等組成的小口徑液體流量計(jì)檢定系統(tǒng)對現(xiàn)場小口徑流量計(jì)進(jìn)行檢校工作，采用創(chuàng)新的量值溯源體系，提高該系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。
1 設(shè)計(jì)背景
    隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國家對節(jié)能減排工作要求的不斷提高，在現(xiàn)場各種各樣測量小口徑液體的流量計(jì)被廣泛應(yīng)用，由于質(zhì)量管理的要求或者有結(jié)算要求，許多流量計(jì)需要定期的進(jìn)行檢定，而工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)裝置不停，這些流量計(jì)便無法拆卸送實(shí)驗(yàn)室檢定，另外拆卸流量計(jì)還要花費(fèi)較大的人力物力，新疆的地域遼闊，送檢流量計(jì)更是有一定的困難，從而使用客戶便提出了流量計(jì)在線檢定的要求，為滿足客戶的需求，更好的為新疆工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，我們便提出要設(shè)計(jì)一套準(zhǔn)確度較高，穩(wěn)定性好的現(xiàn)場小口徑流量計(jì)檢定系統(tǒng)。差壓變送器
    當(dāng)前現(xiàn)場小口徑液體流量計(jì)的使用現(xiàn)狀：目前這樣的流量計(jì)測量口徑分布主要為DN（6-50）mm，測量范圍為（0.05-40）m3/h，準(zhǔn)確度0.2-2.5級不等，有電磁流量計(jì)，渦輪流量計(jì)，質(zhì)量流量計(jì)等，主要應(yīng)用于石油石化，醫(yī)藥，食品加工等生產(chǎn)領(lǐng)域，直接的特點(diǎn)就是流量計(jì)的測量介質(zhì)各種各樣，有油類、烴類和各種揮發(fā)和腐蝕性較強(qiáng)的液體，另外測量的管徑小，流速低，現(xiàn)場管路復(fù)雜也是此類流量計(jì)的使用現(xiàn)狀。
    目前常用的小口徑液體流量計(jì)檢定設(shè)備、方法以及優(yōu)缺點(diǎn)：
    1.1 利用二等金屬量器進(jìn)行檢定
    二等金屬量器準(zhǔn)確度較高，可利用被測流量計(jì)累計(jì)容積值和標(biāo)準(zhǔn)容積比對的方法對現(xiàn)場流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，其優(yōu)點(diǎn)為二等金屬量器準(zhǔn)確度為±0.025%，可靠性好，可滿足所有小口徑流量計(jì)的檢定的準(zhǔn)確度要求，金屬量器的容積值從1L-2000L不等，基本可涵蓋目前所有流量計(jì)的累計(jì)值使用范圍，但是由于金屬量器體積較大，長途搬運(yùn)不方便，另外由于金屬量器敞口設(shè)計(jì)，不適合應(yīng)用于揮發(fā)性和有毒有害液體的測量，現(xiàn)場許多液體帶有一定腐蝕性，對金屬量器也會(huì)造成一定的損傷，所以利用二等金屬量器檢定還是有一定的局限性。孔板流量計(jì)
    1.2 利用現(xiàn)場準(zhǔn)確度較高的超聲波流量計(jì)進(jìn)行比對
    利用超聲波流量計(jì)對現(xiàn)場流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)比對是近年來使用多的一種檢定方法，其具有穩(wěn)定性好、量程范圍廣、適合各種口徑和材質(zhì)的管道、不用破管、無壓力損失等特點(diǎn)，適用于自來水，高溫水，原油、各類腐蝕性液體流量計(jì)的測量，但是受工作原理的要求，其現(xiàn)場安裝有明確要求，例如有足夠長的直管段等，在實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)場條件達(dá)不到安裝要求的情況很普遍，受現(xiàn)場安裝條件所限，直管段不夠長，閥門、彎頭和泵離流量計(jì)太近，流量計(jì)口徑和管道口徑不一致等原因而引起的誤差很大，且由于超聲波為時(shí)差原理測量，
    許多現(xiàn)場流量計(jì)的管道內(nèi)壁均有不同程度的腐蝕結(jié)垢情況，測量時(shí)聲速在T1和T2之間傳播勢必會(huì)受到影響，而管徑越小，這種影響對測量準(zhǔn)確度的影響將會(huì)約大，另外超聲波流量計(jì)測量管徑越大，其準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性越好，管徑小，則相對差一些。
    1.3 利用現(xiàn)場檢校車進(jìn)行測量
    液體流量計(jì)的現(xiàn)場檢校車主要是標(biāo)準(zhǔn)表法的和體積管，大部分是針對現(xiàn)場油流量計(jì)而設(shè)計(jì)，同樣對于腐蝕性較強(qiáng)，管徑較小的流量計(jì)來檢校同樣不太適用，再而現(xiàn)場檢校車體積較大，造價(jià)較高，使用成本也相對較高。
    綜上所述目前現(xiàn)場小口徑液體流量計(jì)的檢定現(xiàn)狀，這些現(xiàn)場的條件就對我們提出了設(shè)計(jì)要求，首先要滿足小口徑液體流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度的要求，其次流量計(jì)不拆卸就能測量，能滿足現(xiàn)場管道復(fù)雜的要求，能滿足各種腐蝕性較強(qiáng)的液體，后就是結(jié)構(gòu)簡單，便于帶到現(xiàn)場，可靠性較高，便于量值溯源。
    2 現(xiàn)場小口徑液體流量計(jì)檢校系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和原理
    針對以上的現(xiàn)狀和要求，我們提出了如下的設(shè)計(jì)理念，我們利用現(xiàn)場流量計(jì)的旁通管線或者檢定管線，在流量計(jì)的下游加裝我們的檢定系統(tǒng)，讓被測流體同時(shí)流過被測流量計(jì)和我們的檢定系統(tǒng)，通過我們的檢定系統(tǒng)對工作流量計(jì)進(jìn)行檢校，
    具體的檢校系統(tǒng)我們采用標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、流量標(biāo)定儀、遙控觸發(fā)器和帶太陽能板的便攜式現(xiàn)場供電電源幾部分組成，
    標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)我們采用了帶脈沖信號輸出的0.2級的電磁流量計(jì)或者質(zhì)量流量計(jì)，流量標(biāo)定儀采用中國計(jì)量科學(xué)研究院生產(chǎn)的XMFL-6標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀，遙控觸發(fā)器采用杭州正電科技有限公司的12路無線遙控開關(guān)，便攜式電源采用徐州普天光電科技有限公司的便攜式電源。
    2.1 各組件的性能指標(biāo)：
    （1）標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)：對于導(dǎo)電介質(zhì)我們選用日本橫河公司的電磁流量計(jì)，非導(dǎo)電介質(zhì)選用艾默生公司的質(zhì)量流量計(jì)，在本方案中，由于大多數(shù)介質(zhì)為導(dǎo)電類的酸堿液體，故使用以電磁流量計(jì)為主。
    性能指標(biāo)：勵(lì)磁方式：雙頻勵(lì)磁；
    流速范圍：（0~10）m/s；
    度：±0.2%；
    重復(fù)性：0.05%；
    介質(zhì)溫度：（-10~+180）℃；
    環(huán)境溫度：（-20~+60）℃；
    電源電壓：24VDC；
    流體壓力：（-0.1~4）Mpa；輸出信號：模擬（4~20）mA、脈沖信號輸出；
    通信：BRAIN通信；
    符合防爆等級的要求。
    （2）流量標(biāo)定儀
    ①8位數(shù)字顯示，通過按鍵切換可分別顯示累積流量和累積時(shí)間，累積時(shí)間分辨率為0.0001秒。
    ②6位數(shù)字顯示，通過鍵的切換可分別顯示瞬時(shí)流量和信號頻率，分辨率大為0.001個(gè)單位（HZ），不受啟動(dòng)、停止控制。
    ③四路流量信號輸入，可同時(shí)工作。通過前面板上的1路/2路鍵切換顯示。
    ④計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)的啟動(dòng)、停止共有五種控制方式控制，清零通過前面板清零按鍵或通過微機(jī)控制。
    ⑤前面板控制。通過啟動(dòng)、停止、清零鍵直接控制。分體式電磁流量計(jì)
    ⑥后面板控制。有外控開關(guān)觸點(diǎn)、外控電壓及脈沖數(shù)量三種控制方式。
    ⑦微機(jī)通過RS232接口（或485接口）由軟件啟動(dòng)、停止及清零計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)。
    ⑧可高電平或低電平雙向工作（可通過面板按鍵控制或通過RS232接口控制）。
    （3）遙控觸發(fā)器 工作電壓：12VDC；
    靜態(tài)電流：≤7mA；
    觸點(diǎn)容量：7A240VAC|10A24VDC；
    工作頻率：315MHz，433.92MHz；
    控制方式：自鎖型；
    控制路數(shù)：12路。
    （4）便攜式電源 型號TYN-B4034AD；
    鉛酸蓄電池：17AH′2塊；
    太陽板：20Wp′2塊折疊；
    工作、充電、故障、交流指示燈顯示；
    交流插座3只。
    2.2 電氣結(jié)構(gòu)：在各部分組件通電正常工作的情況下，將標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的脈沖輸出接入到流量積算儀中，讓流量積算儀通過開關(guān)觸發(fā)能累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)發(fā)出的脈沖值，將遙控觸發(fā)器電路模塊植入流量積算儀中，用遙控觸發(fā)的模式來代替流量積算儀面板按鍵操作，避免受到空間和距離的限制。
    2.3 工作原理：當(dāng)圖3的流量計(jì)檢校系統(tǒng)安裝在圖2的工作位置時(shí)，當(dāng)管道中有流量同時(shí)流過工作流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)時(shí)，工作流量計(jì)的顯示部分會(huì)有瞬時(shí)和累計(jì)流量顯示，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和流量標(biāo)定儀相互配合，在遙控觸發(fā)器的控制下可累計(jì)出這一段的累積脈沖數(shù)從而換算為標(biāo)準(zhǔn)累積體積數(shù)，通過累讀工作流量計(jì)的累積體積數(shù)，可計(jì)算當(dāng)前流速下工作流量計(jì)的示值誤差。
    2.4 工作過程：首先要對標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)進(jìn)行設(shè)定，規(guī)定其脈沖輸出的脈沖當(dāng)量值，該系統(tǒng)設(shè)置為100個(gè)/L即標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)每流過1L液體，便給流量積算儀發(fā)送100個(gè)脈沖。舉例在現(xiàn)場有一臺(tái)管徑為DN25mm，當(dāng)前流速為4.37m3/h，準(zhǔn)確度為0.5級的電磁流量計(jì)，測量介質(zhì)為高壓鹽水。在其管路中安裝好本系統(tǒng)運(yùn)行（5~10）分鐘之后，對流量積算儀進(jìn)行復(fù)位，處于等待觸發(fā)的狀態(tài)便可開始檢定。當(dāng)工作流量計(jì)的累積量在不斷累積變化時(shí)，在某一瞬間變化的時(shí)刻通過按下遙控觸發(fā)器的開關(guān)觸發(fā)流量積算儀進(jìn)開始累積計(jì)數(shù)，同時(shí)記錄瞬間變化的數(shù)值為5.215m3，等待累計(jì)時(shí)間超過60s以后，在工作流量計(jì)變化的瞬間再次按下遙控器的停止計(jì)數(shù)開關(guān)使流量計(jì)算儀停止計(jì)數(shù)，記錄瞬間流量值為6.003m3，流量積算儀累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)為7845，此時(shí)可計(jì)算：    
    工作流量計(jì)累計(jì)的體積數(shù)為：
        （1） 通過脈沖體積公式K=N/V得出標(biāo)準(zhǔn)流量V=K/N則有：7845/100=78.45L   （2）
    由（1）、（2）式所以其示值誤差為：
    （ΔV-V）/V=0145%
    反復(fù)測量三次可得出該點(diǎn)下的重復(fù)性，通過控制圖1中的閥門D開度的大小，從而調(diào)節(jié)工作流量計(jì)的流量的大小，在不同流量下對該流量計(jì)進(jìn)行檢定。
    3 現(xiàn)場小口徑液體流量計(jì)檢校系統(tǒng)的量值溯源體系
    該套現(xiàn)場小口徑液體流量計(jì)能測量的準(zhǔn)確度范圍為0.5級及以下，有人質(zhì)疑該系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)的準(zhǔn)確度為0.2級，還有智能流量積算儀、遙控觸發(fā)器等相關(guān)因素，合成下來該套系統(tǒng)的擴(kuò)展不確定度約在0.25左右（k=2），對于檢校0.5級的工作流量計(jì)就達(dá)不到要求了，那是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的流量計(jì)溯源體系，
    整套0.05級的裝置只對標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)進(jìn)行檢定，判定其合格與否，流量積算儀和遙控觸發(fā)部分只能通過時(shí)間頻率的檢定來判定其是否合格，終組合起來的系統(tǒng)擴(kuò)展不確定度就很大了，但是我們設(shè)計(jì)的該套系統(tǒng)有個(gè)特點(diǎn)，就是和0.05級的裝置標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)，既都有一套流量積算儀和觸發(fā)電路，我們通過對裝置電氣部分的改造，使得我們這套檢定系統(tǒng)取代了標(biāo)準(zhǔn)裝置中的重復(fù)部分，
    這樣可把這套系統(tǒng)看做一個(gè)整體，進(jìn)行逐點(diǎn)的檢定，由于該標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的重復(fù)性為0.05%，則對流量計(jì)的k系數(shù)值進(jìn)行設(shè)定，后可把每個(gè)點(diǎn)的誤差控制在±0.15%以內(nèi)，這樣就可滿足0.5級流量計(jì)的檢定工作。在實(shí)際的使用中，還可對流量計(jì)進(jìn)行更細(xì)化的逐點(diǎn)，定流量進(jìn)行修正，還可達(dá)到更高的準(zhǔn)確度，這也符合當(dāng)前流量界普遍采用的測量逐點(diǎn)，定流量誤差修正，進(jìn)行溯源的理念。 
    4 現(xiàn)場小口徑液體流量計(jì)檢校系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
    通過設(shè)計(jì)能得出該套系統(tǒng)有如下的優(yōu)點(diǎn)：
    ①創(chuàng)新的應(yīng)用了新的溯源體系，使整套系統(tǒng)有較高的準(zhǔn)確度，開展工作的范圍大大加寬；
    ②整個(gè)系統(tǒng)功耗較低，搭配有太陽能板的便攜式電源能在油田等野外進(jìn)行工作；
    ③測量時(shí)間短，工作效率高；
    ④靈活性強(qiáng)，通過更換標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)可對各種腐蝕、揮發(fā)類液體流量計(jì)進(jìn)行檢校；
    ⑤使用累積量進(jìn)行檢校，改變了以往使用標(biāo)準(zhǔn)表比對瞬時(shí)流速誤差較大的情況。
    5 小結(jié)
    綜上所述，該套檢定系統(tǒng)能對現(xiàn)場的小口徑流量計(jì)進(jìn)行檢校，由于我院的工作服務(wù)重點(diǎn)是油田，這樣的小口徑流量計(jì)在油田使用很多，設(shè)計(jì)這樣一套系統(tǒng)來開展工作是非常有必要的，每年約能檢校流量計(jì)約200余臺(tái)件，創(chuàng)收15萬元左右。對該系統(tǒng)不斷改進(jìn)，進(jìn)一步增加計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制計(jì)算部分，能不斷提高計(jì)算速度，提高工作效率更好的為油田客戶服務(wù)，為我院的不斷進(jìn)步發(fā)展做出貢獻(xiàn)！