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ISO10790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，質(zhì)量流量計(jì)在線檢定所使用的流量標(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)等先進(jìn)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?將體積管的壓降降到了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。現(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。同其他的質(zhì)量流量計(jì)在線檢定系統(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。