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(xiàn)校準方法、國内(nèi)外研究現狀及(ji)應用前景，分析(xī)了🈲現場校準方(fang)法與裝置的🚶基(ji)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(biàn)的特點，提出了(le)基于現場比對(dui)方法用🛀于水利(li)行業開展校準(zhun)技術研究，并重(zhòng)點闡述便攜式(shì)超聲流量♍計用(yong)♻️于液體流量計(ji)實流在線🐅校準(zhǔn)的技術要求、測(cè)量過程和計算(suàn)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(liàng)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(wang)水利行業計量(liàng)工作基礎🐪薄弱(ruo)，涉及水量計量(liàng)的有關技術标(biāo)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(dà)量的流量計測(ce)儀器，而普遍缺(quē)少校準設備，尤(yóu)其是管道流量(liàng)計的在線校準(zhun)與檢定規程在(zai)水利行業🏃還是(shi)一個空白，計量(liàng)的正确率問題(ti)PR待解決。根據國(guo)家強制性标準(zhǔn)《用🍉能單位能源(yuan)計量器具配備(bei)和管理通則》(GB17167-2006)的(de)要求及相關的(de)計量法規，作爲(wèi)結算的流量計(ji)，都需要進行周(zhou)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(zhi)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(yòng)現場校準的核(he)查方式來☀️保證(zheng)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(yí)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(xí)稱“率定”，用戶對(duì)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(qū)一緻，改用“校準(zhǔn)”。流量計的㊙️流量(liang)校準有直接測(ce)量法和間接測(ce)量法兩種方法(fǎ)‼️，校準方式分✉️爲(wei)離線和現場在(zài)線檢測兩種方(fang)式。
　　直接測量法(fa)亦稱實流校準(zhǔn)法，以實際流體(ti)流過被校驗儀(yi)表，再用别的标(biao)準裝置(标準流(liu)量計或流量标(biāo)準計量器具🌍)測(ce)出流體的流量(liàng)與被校儀表的(de)流量值作比較(jiào)，也稱爲濕法标(biāo)定(wetcalibration)。實流校準法(fǎ)獲得的流量值(zhí)既可靠又準确(què)，爲目前許多流(liú)量儀表(如 電磁(ci)流量計 、容積式(shì)流量計、 渦輪流(liú)量計 等)所采用(yòng)，而且作爲檢測(ce)标準流量的方(fāng)法。制造廠在♉流(liu)量計🔴出廠前均(jun)以實流校準法(fǎ)在流量校準标(biāo)準裝置(有時簡(jian)✌️稱流🧡量标準裝(zhuāng)置或流量校準(zhun)裝置)上完成流(liú)量量值傳遞過(guo)程。流量校準标(biao)準裝置是按照(zhào)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(liàng)值傳遞㊙️的裝置(zhi)，是提供流量量(liàng)值🈚的㊙️校準設備(bèi)，其量值可溯源(yuan)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(zui)符合正确率、一(yī)緻性、溯源⛱️性和(hé)實驗性等計量(liàng)特點。
　　幹法校準(zhun)是一種間接校(xiào)準法，是以測量(liang)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(zhi)。幹法校準是在(zai)20世紀70年代以解(jie)決大口徑電💃磁(ci)流量計無法實(shí)現實流校準的(de)校準方法☁️，在日(rì)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(lèi)專用儀器的應(ying)用現在⚽已從水(shui)行業擴展到石(shi)油北工等流程(chéng)工業。
　　目前國内(nèi)對幹法校準進(jìn)行了一定的研(yán)究，如浙江大學(xué)重點💃分析了渦(wō)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(liàng)原理、特點及實(shi)現方📞法;上海地(di)區探索和制🚶定(dìng)了“在線檢驗法(fa)”，積累了多台大(dà)口徑電磁流量(liàng)計檢查經驗，正(zheng)在制訂《電磁流(liú)☁️量儀在線校驗(yàn)規範》地方行業(ye)性标準’廣州市(shi)自來水公司還(hái)起草了中華人(ren)民共🌈和國城鎮(zhen)建設行業标準(zhun)《管道式電磁流(liu)量計在線校準(zhun)規程》(征求意見(jian)稿)41，等等。但是幹(gàn)法校準多用來(lai)檢修或判别電(diàn)磁流量讨一傳(chuan)感器有關技術(shù)參數的變化對(dui)測量精度的影(yǐng)響。因爲這種方(fāng)法不✏️直觀，不能(néng)直接反映管道(dao)的中水流量🙇‍♀️。
2現(xian)場校準方法與(yu)裝置
　　在江河湖(hú)泊的管道取水(shui)計量設備主要(yao)采用電磁流量(liang)🌈計或 超聲波流(liu)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(liang)計)安裝在管道(dao)内，不便于拆卸(xiè)🐇或受工況的影(yǐng)響根本無法拆(chāi)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(da)難以運輸送檢(jiǎn)等。流量計廣泛(fan)應用于水量計(ji)量和公用事業(ye)，按規定必須在(zai)受控狀🚶态下運(yùn)行和定期校準(zhun)。如何對越來越(yue)多的大管徑、大(dà)流量的液🈲體流(liu)量計進行現場(chǎng)在線實流校準(zhǔn)，成爲一個意義(yì)💋重大的問題。因(yīn)此，水利行業開(kāi)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(liú)量計的現場校(xiao)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(ji)、前後連接管道(dào)、介質流動狀态(tài)等)的檢測運作(zuo)，目前我國尚沒(mei)有明确的在線(xiàn)檢定的計量法(fa)規，現場在線校(xiao)準方法與技術(shu)研究有望爲🤞流(liú)量計在👨‍❤️‍👨線檢定(dìng)開拓出一個可(kě)供借鑒與參考(kǎo)的有效途徑。
2.1現(xian)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(fāng)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(dì)式和移動式，其(qi)🔞體系如圖1所示(shì)。
2.1.1基地式流量标(biāo)準裝置
(1)标準體(ti)積管。一般采用(yong)一套體積管流(liu)量标準裝置和(hé)相應的切換閘(zha)閥，就可實施流(liú)量計的定時輪(lun)換在線💜校準。如(rú)圖☂️2所示，關閥1，開(kāi)閥2，流體經待校(xiao)流量計後進人(rén)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(jì)系統組成與圖(tu)2相㊙️似，隻是用标(biāo)準流量計替代(dai)圖中的标準體(ti)積管。很明顯，基(jī)地式流量标準(zhun)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼裝置需要在管(guǎn)道上預留較多(duō)的連接管💜線和(hé)切換控制閘閥(fá)等輔助設備，有(you)些類型流量計(ji)購置費較低，但(dan)其輔助設備費(fei)用會大大超過(guò)流量計本身購(gou)🏃‍♂️置費，這種現場(chang)校準裝置🈲實際(jì)上在大部分取(qǔ)排水管道🈚上是(shi)不具備的。

2.1.2移動式流量标(biāo)準裝置
　　移動式(shi)與基地式的基(jī)本相同，隻不過(guo)标準裝置是由(you)專用的汽車或(huò)拖車裝載，移動(dòng)式車載流量标(biāo)準🌈裝置靈活性(xìng)高🏒，到現❤️場檢定(ding)方便，但裝置設(she)備費用較高。
2.2示(shì)蹤法
　　在現場應(ying)用示蹤法校準(zhun)流量計國際上(shàng)已相當成熟，早(zǎo)在20世紀70年代就(jiu)頒發了國際标(biāo)準ISO2975一(1一7)《封閉管(guan)道中☔水流量測(cè)量—示蹤法》，标準(zhun)規定了用放射(she)性示蹤劑或非(fēi)放射性示蹤劑(jì)的實❗施方法和(he)要求。示蹤法測(ce)量的基本工作(zuo)原理有兩類:一(yi)是恒速注人法(fa)(也有稱稀釋法(fǎ))，是在管道的液(yè)體中恒速注人(ren)示蹤🔞劑，然後測(cè)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(jì)算流量;二是示(shì)蹤劑瞬時注人(rén)，然後測量示蹤(zōng)物流經一段距(ju)離所需的時間(jiān)計算流量，稱爲(wei)🥵傳輸時間法。傳(chuan)輸時間示蹤法(fǎ)也使用于明渠(qú)流、非滿管流或(huò)疑有沉澱物的(de)滿管流的流量(liang)💃校準。
　　近些年國(guo)内也在探索示(shì)蹤法，試圖在線(xiàn)校準大口徑水(shui)流量計。
但是，化(hua)學試劑和同位(wèi)素示蹤劑污染(rǎn)環境，破壞水質(zhi)，在👨‍❤️‍👨水行🙇🏻業🔴一般(ban)很少采用。
2.3現場(chang)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(ru)臨時夾裝的超(chao)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(kan)相關文獻的标(biāo)準定義，不再贅(zhui)述‼️。實踐中許多(duo)專業人員探🧑🏽‍🤝‍🧑🏻索(suo)出多種現場比(bi)對的方❌法和間(jiān)接檢查方法，主(zhu)要有以㊙️下3種類(lei)型:
(1)利用流程中(zhong)存儲容器、工作(zuo)容器、水池或衡(héng)器的容📧器衡器(qì)法比對。水池容(róng)積比對法是供(gòng)水企業經常采(cai)用的方法，制水(shuǐ)廠利用♍大容積(jī)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(wèi)置，以備接人參(cān)比流量計的流(liú)量計比對法。
(3)外(wai)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(shì)🔱、外夾式、捆綁式(shì)，超聲波流量計(jì)是流量測量最(zuì)有發展前途的(de)三種途徑之一(yī):特别是國外已(yǐ)有産品測量精(jing)度誤差<土0.5%，這🔞有(you)利于高精度的(de)對比檢測與👈現(xiàn)場在線校準系(xi)統的建立，方便(biàn)計量檢定部門(men)到現❓場校準檢(jian)測。
3運用便攜式(shi)超聲波流量計(jì)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(shǐ)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(wài)敷式又是一種(zhǒng)便攜式的流量(liàng)計量器👣具，比較(jiao)适用于大口徑(jìng)流量計的現場(chang)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(lǐ)對有關的原理(li)、方法和設備等(deng)進行歸納和闡(chan)述。
3.1外敷式換能(neng)器超聲流量計(jì)比對法原理
　　其(qi)原理是:将準确(que)度較高的便攜(xié)式超聲波流量(liàng)計🐉作爲标準器(qì)具，安裝在被測(cè)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(jù)比對結果計🔴算(suan)被檢流量計的(de)誤差，誤差二(測(cè)量🏒值一标準值(zhí))/标準值👣，再利用(yong)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(liu)量數據一緻，以(yi)達到校準被檢(jian)流量計的效果(guǒ)。
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(shi)超聲流量計的(de)安裝、使用應嚴(yán)格按其操作使(shi)用說明書✍️進行(háng)，應符合《超聲流(liú)量計檢定☎️規程(cheng)》(JJG1030-2007)附錄D的要求}lo;。
在(zai)線校準用的其(qí)他輔助設備，如(rú)卷尺、測厚儀、秒(miao)表等計量器具(ju)均應具有有效(xiao)的檢定證書，被(bèi)校流量計應附(fu)有使用說明書(shū)，周期校準的流(liu)量計還應有前(qian)次的🤟校準證🛀書(shū)。現場校準時溫(wen)度、濕度、外界磁(ci)場、機械振動等(deng)環境條件，應符(fú)合開展現場校(xiào)準的環✏️境條件(jiàn)要求，同時明确(què)測💋量介質及工(gōng)作狀态、介質😄溫(wen)度等工況🐪參數(shù)，了解被校流量(liang)儀表工作狀👉态(tai)和✔️參數設置，确(què)認可以開展現(xian)場校準。
3.3測量過(guo)程及計算方法(fǎ)
(1)管徑測量。用量(liang)具分别在換能(néng)器安裝位置附(fù)近的同一截面(mian)上大緻等角分(fèn)布測量n次外直(zhí)徑，或測量幾次(ci)外周長推🔞算出(chu)☀️外直😄徑，其平均(jun1)值D按式(1)計算:

式(shi)中:n爲測量次數(shu)，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(wei)置均布5個點，使(shi)用測厚儀測量(liang)管道❓壁厚，并取(qǔ)其平均值。對無(wú)法測量的參數(shu)，如管道材質、襯(chèn)裏材料💯、厚度等(děng)，根據現場技術(shu)資料查明♉并确(que)認。
(3)标準表安裝(zhuāng)。将上述管道參(can)數輸人标準表(biǎo)内，得出換❓能器(qi)安裝距離。在安(an)裝标準表管段(duan)上畫線定位，确(que)定換能🔴器的位(wei)置。清理已定安(ān)裝位置附近的(de)管🚶‍♀️壁，将管壁上(shang)的油漆、鐵鏽、污(wu)垢等清除幹淨(jìng)，露出管道材質(zhì)，打磨光滑。在換(huan)能器表面均勻(yún)塗🐅以禍合劑，換(huàn)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(shàng)。将換能器信号(hao)傳♉輸電✔️纜連接(jiē)到轉換器🚶上，按(àn)要求将信号🌈調(diào)試到最佳狀态(tài)。
(4)計量性能校準(zhǔn)。在一定的時間(jiān)内分别讀取被(bèi)校流量計和✍️标(biao)準表的流量示(shi)值，分别按式(2)~式(shì)(4)計算被校流量(liàng)計的👨‍❤️‍👨示值誤差(chà)和重複性:

　　式中(zhōng):E。爲流量計每個(ge)流量點每次校(xiào)準的相對示值(zhí)誤差;qij爲第i流量(liang)點第j次校準時(shi)的流量計示值(zhí)(瞬時值或累積(jī)值);(qs)。爲第i流🥵量點(dian)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(ji)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(diǎn)一般選擇1~3個，每(měi)個流量點校準(zhun)3次。每次校準時(shi)⛱️，同✉️時讀💁取并記(ji)錄流量計和标(biao)準表的示值，比(bǐ)對标定法必🐇須(xu)保證比對過程(chéng)中時間的同步(bu)。若讀取的數值(zhí)爲瞬時值，則至(zhi)🔞少讀取20個數值(zhí)，取其平均值;若(ruò)讀取的數值爲(wèi)累積值，則應保(bǎo)證大于最小讀(dú)數的1000倍或讀取(qǔ)至少20min。的累積值(zhi)。
　　便攜式超聲波(bō)流量計在實際(jì)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(shì)🏒探頭，不幹擾流(liu)場，無壓力損失(shī);儀表無⛷️可動及(ji)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(yīng)性強，可用于不(bu)同管徑、不同介(jiè)質(高溫、高壓、易(yi)爆🌈、高勃度、強腐(fu)🔴蝕、放射性高👄)的(de)比對，标準表價(jià)格基本與所測(ce)管徑🏃‍♂️無關，性價(jià)比高。
　　但是，便攜(xie)式超聲波流量(liang)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(sù)的影響，人爲因(yīn)素對測量♋的影(yǐng)響較☔大，對專業(ye)檢測人員的技(ji)術性🌈和經驗性(xìng)要求很強、操作(zuò)要求很高，還需(xu)要在實踐中進(jìn)一步積累經驗(yàn)，形成技術規範(fàn)。
4結論
　　現場校準(zhǔn)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(liú)量計開展在線(xian)流量計的校準(zhun)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(di)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(ke)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(xiàn)流量計測量數(shu)據準确可靠，隻(zhi)要準✂️确操作，盡(jìn)量減💁少随機誤(wù)差和附加誤差(chà)，是可以達到國(guo)家有關部門對(dui)于工業及民用(yòng)水計量準确度(du)💋要求的。

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