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質(zhì)量流量計(jì)在線檢定  http:///

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱質(zhì)量流量計(jì)）相對(duì)于傳統(tǒng)的流量計(jì)，具有精度高、運(yùn)行可靠、維護(hù)量少及適用介質(zhì)廣等特點(diǎn)。具有這些*的性能，使得其在工業(yè)生產(chǎn)和交接計(jì)量等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。另外，在物料計(jì)量方面，我國(guó)采用的是以重量為基本量的計(jì)量體系。質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)，對(duì)國(guó)內(nèi)的用戶來(lái)說(shuō)，具有一種天然的親和力，雖然質(zhì)量流量計(jì)處在一個(gè)較高的價(jià)位之上，但其在交接計(jì)量方面的應(yīng)用仍然在不斷增加。
按照我國(guó)的計(jì)量管理規(guī)定，用于交接計(jì)量的儀表一般為強(qiáng)檢計(jì)量器具，按周期檢定、保證其準(zhǔn)確度顯然是質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用中的一個(gè)主要內(nèi)容。再者，在目前的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)形式下，各企業(yè)都將產(chǎn)品和物料的準(zhǔn)確計(jì)量作為企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)zui重要的手段之一，通過(guò)計(jì)量，可以實(shí)現(xiàn)挖潛增效、減少效益流失的管理目標(biāo)。因此，如何對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢定、保證其精度的問(wèn)題就擺到了大家的面前。
我們知道，質(zhì)量流量計(jì)即可以在實(shí)驗(yàn)室（離線）檢定，也可以采用在線檢定的方式。對(duì)于應(yīng)用中的質(zhì)量流量計(jì)來(lái)說(shuō)，在線檢定具有檢定條件同應(yīng)用條件*一致的特點(diǎn)，因而是保證質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度zui有效的方法。
質(zhì)量流量計(jì)的檢定
質(zhì)量流量計(jì)一般只用于液體流量的測(cè)量，針對(duì)它的檢定通常都在實(shí)驗(yàn)室（流量標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量流量計(jì)的檢定目的是確定儀表實(shí)際使用時(shí)的計(jì)量性能。實(shí)驗(yàn)室檢定存在以下問(wèn)題：①檢定介質(zhì)同實(shí)際測(cè)量的介質(zhì)不一樣，其物性參數(shù)也就不同；②檢定時(shí)的工況如溫度、壓力等同流量計(jì)的應(yīng)用工況不一致；③流量計(jì)的安裝型式同現(xiàn)場(chǎng)也存在很大差異。
上述這些說(shuō)明，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)質(zhì)量流量計(jì)所作的檢定或性能評(píng)價(jià)，同流量計(jì)實(shí)際使用的性能是有差別的，這跟準(zhǔn)確計(jì)量的目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)。例如，當(dāng)質(zhì)量流量計(jì)用在貿(mào)易交接計(jì)量上時(shí)，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(shù)條件下，將流量計(jì)的檢定條件修正到應(yīng)用條件是很難作到的，典型的如粘度修正就沒(méi)有一個(gè)修正的辦法，更談不上一些不可測(cè)因素（如安裝、流態(tài)等）的修正。因此，解決這一問(wèn)題的方法是對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行在線檢定。
質(zhì)量流量計(jì)的在線檢定是一種實(shí)液檢定，和實(shí)驗(yàn)室檢定相比，它具有許多特殊性或要求，歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：
⑴、要有一個(gè)固定的或可移動(dòng)的檢定質(zhì)量流量計(jì)的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，除裝置的準(zhǔn)確度滿足要求外，裝置的工作溫度范圍、耐壓等級(jí)及介質(zhì)兼容性等也要符合在線檢定要求，如果是可移動(dòng)的流量標(biāo)準(zhǔn)，還要求裝置輕便靈活；
⑵、檢定過(guò)程中，流體必須處于密閉狀態(tài)，以保證檢定工況不發(fā)生變化，同時(shí)也保證檢定現(xiàn)場(chǎng)的安全；
⑶、檢定過(guò)程中不允許中斷流體；
⑷、被檢流量計(jì)如果采用移動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定，流量計(jì)所處的現(xiàn)場(chǎng)要有相應(yīng)的接口、閥門(mén)及配套的回收清掃設(shè)施、場(chǎng)地、電源等。
以上幾點(diǎn)給所使用的檢定標(biāo)準(zhǔn)或方法提出了限制條件，說(shuō)明并不是所有的檢定方法都可以應(yīng)用于在線檢定。
質(zhì)量流量計(jì)的檢定是嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，現(xiàn)行的主要標(biāo)準(zhǔn)有：①ISO 10790:1994 封閉管道中流體流量測(cè)量——科里奧利質(zhì)量流量計(jì)；②JJG 897-1995 中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程：質(zhì)量流量計(jì)；③API標(biāo)準(zhǔn)草案：2000 單相碳?xì)浠衔锪黧w流量測(cè)量——科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量流量計(jì)可采用的檢定方法有：稱重法、容積加密度計(jì)法、標(biāo)準(zhǔn)體積管加密度計(jì)法、標(biāo)準(zhǔn)表法等。顯然，稱重法和容積加密度計(jì)法不適合質(zhì)量流量計(jì)的在線檢定，因?yàn)檫@兩種方法即難保證不中斷流體，又不能完成密封狀態(tài)下的檢定。純粹的標(biāo)準(zhǔn)表法存在準(zhǔn)確度難于滿足要求和標(biāo)準(zhǔn)的溯源問(wèn)題，因此，目前條件下也不是一種質(zhì)量流量計(jì)的在線檢定方法。除此之外，就只有標(biāo)準(zhǔn)體積管加密度計(jì)法了。關(guān)于這一點(diǎn)，也可參閱ISO 10790的A.2.5和API標(biāo)準(zhǔn)草案的9.1.7.2。
質(zhì)量流量計(jì)的在線檢定方法
由于質(zhì)量流量計(jì)對(duì)壓力的波動(dòng)較敏感，因此，檢定質(zhì)量流量計(jì)時(shí)，要求在檢定過(guò)程中具有較小的壓力脈動(dòng)。關(guān)于流體壓力脈動(dòng)對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量影響在ISO 10790的8.2.3、8.2.4，在API標(biāo)準(zhǔn)草案的8.2.2.3、8.2.4(c)等條款有詳盡的描述。通過(guò)前面的說(shuō)明可知，所使用的流量標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)體積管。在兩種主要的標(biāo)準(zhǔn)體積管中，球形體積管體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壓損高、造成的流體壓力波動(dòng)大、價(jià)格高等致命弱點(diǎn)使其很難滿足質(zhì)量流量計(jì)檢定的需要。反觀活塞式體積管，它的輕小、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、低造價(jià)以及快速流量計(jì)檢定、易于移動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn)，無(wú)疑是質(zhì)量流量計(jì)在線實(shí)液標(biāo)定的*選擇。
1、了解活塞式體積管
活塞式體積管與傳統(tǒng)的管道式體積管不同，它不是利用其足夠大的標(biāo)準(zhǔn)體積來(lái)保證萬(wàn)分之一的脈沖計(jì)量精度，而是采用活塞式結(jié)構(gòu)、雙時(shí)鐘插入法、精密光電檢測(cè)等*技術(shù)的一個(gè)全新實(shí)現(xiàn)。這種精密、體積小巧的標(biāo)準(zhǔn)體積管比傳統(tǒng)的體積管有著更多、更重要的優(yōu)點(diǎn)：流量計(jì)的檢定時(shí)間短、脈動(dòng)小、對(duì)流體的影響小、壓損小、體積小等。
活塞式體積管由一個(gè)光滑空心的柱體流量管、一個(gè)帶有提升閥的活塞、一對(duì)光電開(kāi)關(guān)和活塞提升機(jī)構(gòu)組成。活塞與磨光的流量管之間有一個(gè)磨擦系數(shù)很低的雙層密封圈，計(jì)量活塞組合在任何時(shí)候都與流量管壁充分接觸。當(dāng)體積管運(yùn)行時(shí)，活塞提升機(jī)構(gòu)將其拉到體積管的上游端，在活塞的整個(gè)提升過(guò)程中，活塞上的提升閥總是處于開(kāi)啟狀態(tài)。提升結(jié)束后，提升機(jī)構(gòu)與活塞脫開(kāi)，在提升閥彈簧、流體作用力、穿過(guò)提升閥的流體的文丘里效應(yīng)的共同作用下，提升閥平緩地快速關(guān)閉，進(jìn)而進(jìn)入標(biāo)定過(guò)程。
體積管上的兩個(gè)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)記錄下活塞經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)容積段的開(kāi)始時(shí)刻和停止時(shí)刻及經(jīng)歷的時(shí)間，按照雙時(shí)鐘插入法和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，將各種測(cè)量的參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以完成流量計(jì)的檢定過(guò)程。
在現(xiàn)有的活塞式體積管中，美國(guó)加利布朗公司的S系列體積管是zui的產(chǎn)品，它采用的自由活塞結(jié)構(gòu)、鏈條拖動(dòng)活塞返回系統(tǒng)等*設(shè)計(jì)，將活塞式體積管做到了極其簡(jiǎn)單和免維護(hù)。該系列體積管的自由和被動(dòng)的活塞運(yùn)動(dòng)方式（不需要?jiǎng)恿χ疲Ⅲw積管的壓降降到了zui低（如S25型體積管在介質(zhì)為水，運(yùn)行在zui大流量567m3/h時(shí)的壓降僅為52kPa），標(biāo)定過(guò)程中產(chǎn)生的壓力波動(dòng)也極小，量程比非常大（典型1200:1），是各種流量計(jì)檢定的。
2、活塞式體積管配在線密度計(jì)的檢定方法
活塞式體積管配在線密度計(jì)檢定質(zhì)量流量計(jì)的檢定方法是一種間接的質(zhì)量檢定方法，“API標(biāo)準(zhǔn)草案”稱為推導(dǎo)式質(zhì)量檢定，具體配置見(jiàn)上圖。
采用該配置的標(biāo)定系統(tǒng)是在線檢定質(zhì)量流量計(jì)的基本方案。這種方法在CMF標(biāo)準(zhǔn)文本中有較多表述，它的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單。但由于質(zhì)量流量計(jì)對(duì)流體的脈動(dòng)較為敏感，而活塞式體積管檢定運(yùn)行時(shí)對(duì)流體總有一定的擾動(dòng)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(zhì)量流量計(jì)時(shí)，它的zui大流量值一般均小于檢定非質(zhì)量流量計(jì)時(shí)的zui大流量值。有些廠家的產(chǎn)品可能差別會(huì)很大，這就要求所使用的活塞式體積管要用一個(gè)較大規(guī)格的產(chǎn)品。由于沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)條款或試驗(yàn)依據(jù)，究竟什么形式的擾動(dòng)和量化值對(duì)質(zhì)量流量計(jì)產(chǎn)生的影響不可忽略，目前還不得而知，當(dāng)然對(duì)活塞式體積管的要求就不能具體化?，F(xiàn)在應(yīng)用該種配置的在線質(zhì)量流量計(jì)檢定系統(tǒng)只是憑體積管廠家自己的試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定，其中包含有許多不確定性，是很不科學(xué)的。
3、活塞式體積管加渦輪流量計(jì)和在線密度計(jì)的檢定方法
正是由于前述方案的問(wèn)題，我們?cè)诖艘胍环N采用“動(dòng)態(tài)傳遞法”在線檢定質(zhì)量流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置方案。該方案中，采用動(dòng)態(tài)特性和重復(fù)精度很高的渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，在實(shí)際使用中，標(biāo)準(zhǔn)表可以是一臺(tái)，也可以是多臺(tái)并聯(lián)的流量計(jì)組。在對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的某流量點(diǎn)進(jìn)行檢定時(shí)，體積管先對(duì)渦輪流量計(jì)進(jìn)行檢定，然后在工況條件不變的情況下，用渦輪流量計(jì)對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢定。由于渦輪流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)此時(shí)處于一種相同的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，相互之間不產(chǎn)生影響或干擾，因此可以反映出質(zhì)量流量計(jì)的真實(shí)性能。在用渦輪流量計(jì)對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢定時(shí)，活塞式體積管處于停止運(yùn)行狀態(tài)，它對(duì)流體的流態(tài)不構(gòu)成任何影響。
大家知道，當(dāng)一臺(tái)流量計(jì)的流量范圍減小時(shí)，它的線性度或基本誤差也會(huì)跟著減小，其準(zhǔn)確度將有所提高。而當(dāng)流量計(jì)的流量范圍變成一個(gè)流量點(diǎn)時(shí)，流量計(jì)的精度或準(zhǔn)確度就等于該流量點(diǎn)下流量計(jì)的重復(fù)性。由于渦輪流量計(jì)在每一個(gè)運(yùn)行流量點(diǎn)即用于檢定質(zhì)量流量計(jì)時(shí)，都先用體積管對(duì)其進(jìn)行檢定，并在此條件下使用該次檢定的參數(shù)進(jìn)行計(jì)量，因此可以認(rèn)為此時(shí)的渦輪流量計(jì)具有與其重復(fù)性等量的精度，也可以說(shuō)是將體積管的精度傳遞給了渦輪流量計(jì)，這就是動(dòng)態(tài)傳遞法的原理。按此種方式運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)確度等于其重復(fù)性和體積管準(zhǔn)確度的均方值，顯然，這一準(zhǔn)確度值是遠(yuǎn)高于流量計(jì)按普通方式運(yùn)行的準(zhǔn)確度指標(biāo)的。例如，如果渦輪流量計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)表）的重復(fù)性為0.05%，標(biāo)準(zhǔn)體積管的準(zhǔn)確度為±0.04%，則采用動(dòng)態(tài)傳遞法后的渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度為 ＝±0.064%。在這*量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中，可以認(rèn)為體積管是一個(gè)用于溯源的標(biāo)準(zhǔn)或保證標(biāo)準(zhǔn)，而標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)才是真正的流量工作標(biāo)準(zhǔn)。
在對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢定時(shí)，采用的仍然是推導(dǎo)式質(zhì)量方式，也叫間接質(zhì)量標(biāo)定方式，即標(biāo)準(zhǔn)量的計(jì)算是由標(biāo)準(zhǔn)表計(jì)得的體積量同在線密度計(jì)測(cè)得的密度值相乘所得，當(dāng)然這一計(jì)算過(guò)程是實(shí)時(shí)的。
采用動(dòng)態(tài)傳遞法的在線質(zhì)量流量計(jì)流量檢定標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)見(jiàn)下圖。
實(shí)現(xiàn)上，每一次檢定可以讓檢定過(guò)程足夠長(zhǎng)，以消除各種不確定因素的影響，從而提高檢定精度。同其他的系統(tǒng)相比，這種方法具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：
⑴、在對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢定時(shí)，流量工作標(biāo)準(zhǔn)部分具有的穩(wěn)定性，不會(huì)對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的運(yùn)行構(gòu)成影響，保證質(zhì)量流量計(jì)檢定時(shí)工作在真正的實(shí)際工況下，從而可以將質(zhì)量流量計(jì)在本應(yīng)用條件下的本質(zhì)特性標(biāo)定出來(lái)；
⑵、質(zhì)量流量計(jì)每一次檢定的時(shí)間可以任意的長(zhǎng)，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(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)特性好，即使在質(zhì)量流量計(jì)的檢定過(guò)程中流量有一定的波動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)也能準(zhǔn)確地反映出來(lái)。由于流量的波動(dòng)在在線檢定時(shí)是難免的，相對(duì)于其他檢定方法，本方案具有更適合在線檢定的優(yōu)勢(shì)；
⑷、只要標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的重復(fù)性好，就可以保證其準(zhǔn)確度高，以達(dá)到滿足質(zhì)量流量計(jì)檢定的需要。
需要解決的問(wèn)題和建議
目前，已有大量的質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用于重要的計(jì)量場(chǎng)所，這些地方往往要求儀表有很高的準(zhǔn)確度。為了滿足實(shí)際的需要，大多數(shù)情況下，用戶要求或已經(jīng)采用了在線檢定。無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，關(guān)于的標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)條款還很不完善，造成應(yīng)用上的困難。歸納起來(lái)，主要有以下幾點(diǎn)：
⑴、流體的脈動(dòng)對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的影響究竟是一個(gè)什么樣的量化結(jié)果，一定量的脈動(dòng)需要多長(zhǎng)時(shí)間質(zhì)量流量計(jì)才能再次處于穩(wěn)定的正常工作狀態(tài)。相應(yīng)地，檢定質(zhì)量流量計(jì)的流量工作標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到什么樣的對(duì)應(yīng)指標(biāo)才是合格的？
⑵、時(shí)，其流量點(diǎn)及流量范圍的選取是按現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)條款還是按實(shí)際的使用流量范圍考慮，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)給出明確的規(guī)定。關(guān)于這一點(diǎn)，在貿(mào)易交接計(jì)量方面非常突出，買賣雙方均無(wú)法說(shuō)服對(duì)方，制造出了仲裁的真空地帶。另外，按現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)條款執(zhí)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)供液設(shè)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、應(yīng)采用什么樣的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)文本不是很明確。標(biāo)準(zhǔn)只是對(duì)質(zhì)量流量計(jì)可行的標(biāo)準(zhǔn)裝置方案給予列出，沒(méi)有具體到在線檢定方面。
我們覺(jué)得，在加入WTO后，國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作應(yīng)該加強(qiáng)。除了同接軌外，還應(yīng)力爭(zhēng)確立自己的地位，不能重蹈DVD標(biāo)準(zhǔn)的覆轍。針對(duì)以上的內(nèi)容，我們建議管理部門(mén)委托國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)、制造廠家和本行業(yè)的相關(guān)企業(yè)來(lái)開(kāi)展基礎(chǔ)的測(cè)試和研究，利用社會(huì)資源共同提高行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)水平。具體到質(zhì)量流量計(jì)的在線檢定方面，應(yīng)該采用和發(fā)展像“動(dòng)態(tài)傳遞法”這樣的新的可行方法。

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