摘要(yao):針對水量計量流(liu)量計 無法離線送(song)檢的情況，流量計(ji)一在其他行業的(de)在㊙️線♊校準💁方👉法、國(guo)内外研究現狀及(jí)應用前景，分析了(le)現場校準方法與(yǔ)裝置的基本原理(li)和特點。利用 便攜(xie)式超聲流量計 準(zhǔn)确度高、安裝方便(biàn)的特點，提出了基(jī)于現場比對方法(fa)用于🎯水💯利行業開(kai)展校準技術研究(jiu)，并重點闡述便攜(xié)式超聲流量計用(yòng)于液體流量計實(shi)流在線💚校準的技(ji)術要求、測量⭕過程(chéng)和計算方法r可爲(wei)今後有效開展計(ji)量校準工作提供(gòng)切實可靠的基礎(chǔ)。
1流量計的計量與(yǔ)校準
　　水量計量是(shì)進行水資源宏觀(guan)調控和微觀管理(li)的重要👨‍❤️‍👨基礎🔴性🐇技(jì)術措施，但以往水(shui)利行業計量工作(zuò)基礎薄弱，涉及水(shuǐ)量計量的有關技(ji)術标準、标準化裝(zhuang)置、量值傳遞和溯(sù)源問題十分突出(chū)👌。我國擁有大量的(de)流量計測儀器，而(er)普遍缺💃少校準設(shè)備，尤其是㊙️管道流(liú)量計的在線校準(zhun)與檢定規程在水(shui)利行業✨還是一個(ge)空白，計量的正确(què)率🚶‍♀️問題PR待解決。根(gēn)據國家強制性标(biao)準《用☁️能單位能源(yuan)計量器具配備和(hé)管理🐇通則》(GB17167-2006)的要求(qiú)及相關的計量法(fǎ)規，作👉爲結算的流(liú)量計，都需要進行(hang)周期檢定。但是，法(fǎ)規中的檢😄定周⛷️期(qi)并不能保證在用(yòng)流量計的正确率(lü)。由于使用場合和(he)介質的複雜性，很(hěn)多流量計還沒有(you)到檢定周🔴期就已(yi)經超差，因此需要(yào)通過采用現場校(xiao)準的核查方式來(lai)🈲保證流量計量的(de)正确率。
　　校準(calibration)有時(shi)也稱标定或校驗(yan)。以前流量儀表業(yè)内對流量值傳遞(di)性質的校準習慣(guàn)用“标定”，水工業内(nèi)習稱“率定”，用戶對(dui)判别準确度性質(zhì)的校準過程稱爲(wei)“校驗”，現在這些名(míng)稱漸💛趨一緻，改用(yòng)“校準”。流量計的流(liú)量校準有直接測(ce)量法和間接測量(liang)法兩種方法⭕，校準(zhǔn)方式分爲離線和(hé)現場在線檢測✍️兩(liang)種方式。
　　直接測量(liàng)法亦稱實流校準(zhun)法，以實際流體流(liu)過被校驗🈲儀🔱表，再(zai)用别的标準裝置(zhi)(标準流量計或流(liu)量标準計量器具(jù)🌍)測出流體的流量(liàng)與被校儀表的流(liu)量值作比較，也🐪稱(cheng)爲濕法标定(wetcalibration)。實流(liu)校準法獲得的流(liú)量值既⛹🏻‍♀️可靠又準(zhun)确，爲目前✊許多流(liu)量☎️儀表(如 電磁流(liu)量計 、容積式流量(liang)計、 渦輪流量計 等(deng))所采用，而且作爲(wèi)檢測标準流量的(de)方法。制造廠在流(liu)量計出✍️廠前均以(yǐ)實流校準法在流(liu)量校準标準裝置(zhì)(有時簡稱流量标(biāo)準裝置或流量校(xiào)準裝置)上完成流(liú)量量值傳遞過程(chéng)。流量校準🈲标準裝(zhuāng)置是按照有關标(biao)準和檢定規定建(jian)立的，并由國家授(shòu)權的專門機構認(ren)定，能作流量量值(zhí)傳遞🍉的裝置，是提(tí)供流量量值的校(xiào)準設備，其量🥵值可(ke)溯源到質㊙️量、時間(jiān)和溫度💃🏻的國家❤️計(jì)量基準量。從計量(liang)學意義上，在線實(shi)流校準最符合正(zhèng)确率、一緻性、溯源(yuan)性和實驗性等計(ji)量特點。
　　幹法校準(zhun)是一種間接校準(zhun)法，是以測量電磁(ci)流量傳感器的流(liu)通面積、結構尺寸(cùn)和磁通密度B等參(cān)數😍來計🚶算流量值(zhi)。幹法校準是在20世(shi)紀70年代以解決大(da)口徑電磁流量計(ji)無法實現實流校(xiào)準的校準方法，在(zài)日本曾作爲工業(yè)标準《應用電磁流(liu)量✏️計測量流❌量的(de)方法》這類專用儀(yí)器✔️的應用現在已(yi)從水行業㊙️擴展到(dao)石油北工等流程(chéng)工業。
　　目前國内對(dui)幹法校準進行了(le)一定的研究，如浙(zhe)江大💁學重點分析(xi)了渦電場測量法(fǎ)與面權重函數法(fǎ)兩種新型幹标定(dìng)方🔞法的測量原理(li)、特點及實現方‼️法(fa);上海地區探🧑🏽‍🤝‍🧑🏻索和(he)制✨定了“在線檢驗(yàn)法”，積累了多㊙️台大(dà)口徑電磁流量計(jì)檢查經驗，正在制(zhì)訂《電磁流💛量儀在(zai)線校驗規範》地方(fang)行業性标準’廣州(zhōu)市自來水公司還(hái)起草了中華人民(mín)共和國城鎮建設(shè)行業标準《管道🐕式(shi)電磁流量計在線(xian)校準規程》(征求意(yi)見稿)41，等等。但是幹(gan)法校準多用來檢(jian)修或判别電磁流(liu)🛀🏻量讨一傳感器有(yǒu)關技術參數的變(bian)化對測量精度的(de)影響。因爲這種方(fāng)法不直觀，不能直(zhi)接反映管道✂️的中(zhōng)水流量。
2現場校準(zhun)方法與裝置
　　在江(jiāng)河湖泊的管道取(qǔ)水計量設備主要(yào)采用電磁流量㊙️計(ji)或 超聲波流量計(ji) ，而檢測流量的傳(chuan)感器(包括渦輪、差(chà)壓、容積和質量等(deng)其‼️他類型的流量(liàng)計)安裝在管道内(nei)，不便于拆卸或受(shou)工況的影響根本(běn)無法拆卸，如大型(xíng)輸水管不允許停(tíng)水，大口徑流量計(jì)設備安裝複⭕雜，體(tǐ)積大、重🙇‍♀️量大難以(yǐ)運輸送檢等。流量(liang)計廣泛應用于水(shuǐ)量計量和公用事(shi)業，按規定必須在(zài)受控狀态下運行(hang)和定期校準。如何(hé)對越來越多的大(dà)管徑、大流量的液(yè)體流量計進行現(xiàn)場在線實流校準(zhun)，成爲一個意義重(zhòng)大的問題。因此，水(shui)利行業開展現場(chang)在線校準技術研(yán)究是很有必要的(de)，也是非常具有挑(tiāo)戰性✉️的任💔務。
　　流量(liàng)計的現場校準和(he)驗證實際上是在(zai)現場針對流量🥰測(cè)量💛系統(包括流量(liang)計、前後連接管道(dao)、介質流動狀态等(děng))的檢測運作，目前(qian)我國尚沒有明确(què)的在👣線檢定的計(jì)量法規，現場在線(xian)校準方🐪法與技術(shù)研究有望爲流量(liàng)計在線檢定開拓(tuo)出一個可供借鑒(jiàn)與參考的有效途(tú)徑。
2.1現場校準方法(fa)與常用标準裝置(zhi)
　　目前采用現場在(zai)線校準的方法有(you)流量标準裝置法(fa)和示蹤法，流量标(biao)準裝置法又分爲(wèi)固定安裝的基地(dì)式和移動🌈式，其體(tǐ)系如圖1所示。
2.1.1基地(di)式流量标準裝置(zhi)
(1)标準體積管。一般(bān)采用一套體積管(guǎn)流量标準裝置和(he)相💰應的切換閘閥(fá)，就可實施流量計(ji)的定時輪換在線(xiàn)校準。如圖2所示，關(guan)閥1，開閥2，流體經待(dài)校流量計後進人(rén)标準體積管實⭕現(xian)在線校準。國内原(yuan)油貿易計量基本(ben)實行了這種方法(fa)。
(2)标準流量計。固定(dìng)安裝标準流量計(ji)系統組成與圖2相(xiàng)似，隻是用标準流(liu)量計替代圖中的(de)标準體積管。很明(míng)顯，基地式流量标(biāo)準裝置需要在管(guǎn)道上預留較多的(de)連接管線和切換(huan)控制閘閥等輔助(zhù)設備，有些類型流(liú)量計購置費較低(dī)，但其輔助設備費(fèi)用會⁉️大大超過流(liu)🥰量計本身購置費(fei)，這種現⛹🏻‍♀️場校準裝(zhuang)置實際上在大部(bù)分取排水管道上(shàng)是不具備的。

2.1.2移動(dong)式流量标準裝置(zhì)
　　移動式與基地式(shì)的基本相同，隻不(bu)過标準裝置是由(you)專用🔴的汽♻️車或拖(tuo)車裝載，移動式車(chē)載流量标準裝置(zhi)靈活性高，到現場(chǎng)檢定方便，但裝置(zhì)設備費用較高。
2.2示(shi)蹤法
　　在現場應用(yòng)示蹤法校準流量(liàng)計國際上已相當(dāng)成💞熟，早在20世紀70年(nian)代就頒發了國際(ji)标準ISO2975一(1一7)《封閉管(guan)👌道中水流量測量(liàng)—示蹤法👨‍❤️‍👨》，标準規定(ding)了用放射性示🆚蹤(zōng)劑或非放射性示(shi)蹤劑的實施方法(fa)和要求。示蹤法測(ce)量的基本工作原(yuan)理有兩類:一是恒(heng)速注人法㊙️(也有稱(chēng)稀釋✉️法)，是在管道(dao)的液體中恒👨‍❤️‍👨速注(zhu)人示蹤♍劑，然後測(cè)量🔞示蹤劑沿管道(dào)長度方向的稀釋(shi)比例，按擴散稀釋(shì)理論計算流量;二(er)是示蹤劑瞬時注(zhu)人，然後測量示蹤(zong)物流經一段距離(lí)所需的時間計算(suan)流量，稱爲傳輸時(shí)間法📱。傳輸時間示(shì)蹤法也使🌈用于明(míng)渠流、非滿管流✌️或(huò)疑有沉澱物的滿(man)管❌流的流量㊙️校準(zhun)。
　　近些年國内也在(zai)探索示蹤法，試圖(tu)在線校準大口徑(jing)水流量⭐計。
但是，化(hua)學試劑和同位素(su)示蹤劑污染環境(jing)，破壞水質，在水行(hang)業🙇‍♀️一般很少采用(yong)。
2.3現場比對法
　　現場(chang)“流量比對”是指流(liú)量計在現場與其(qí)他“參照流⭐量”進行(hang)🐅比🌂較，例如臨時夾(jiá)裝的超聲波流量(liang)計的測量值、流人(rén)管系中已🐪丈量過(guò)容量的液體體積(ji)等都可作爲“參照(zhao)流量”。關于現場校(xiào)準、比對和驗證等(děng)名詞的含義🔞，可參(cān)看相關文獻的标(biāo)準定義，不再贅述(shù)。實踐中許多🥵專業(yè)人員探索出多種(zhǒng)現場比對的方💛法(fa)和間接檢查方法(fa)，主要有以下3種類(lèi)型:
(1)利用流程中存(cún)儲容器、工作容器(qi)、水池或衡器的容(róng)器衡器法比對。水(shui)池容積比對法是(shi)供水企業經常采(cǎi)用的方法，制水廠(chang)利用大容積清水(shuǐ)池的有利條件，可(ke)獲👈得較高的比對(dui)精度。
(2)在待測流量(liàng)計的管線預留位(wèi)置，以備接人參比(bi)流量計的流量計(jì)比對法。
(3)外敷式超(chāo)聲換能器的超聲(sheng)流量計比對法。外(wài)敷式亦稱外貼式(shi)、外夾式、捆綁式，超(chao)聲波流量計是流(liú)量測量😘最有發展(zhan)前途的三種途徑(jìng)之一:特别是國外(wài)已有産品測量精(jing)度誤差<土0.5%，這有利(li)于高精度的對比(bi)檢測與現場在線(xian)❤️校準系統🌈的建立(lì)，方便計量檢🔞定部(bu)門到現🌂場校準檢(jiǎn)測。
3運用便攜式超(chāo)聲波流量計實現(xian)在線校準
　　利用便(bian)攜外敷式換能器(qi)超聲流量計比對(dui)使用中的流🧡量計(ji)，在供水業應用十(shí)分普遍。便攜式超(chāo)聲波流量計既是(shi)一種外敷式又是(shi)一種便攜式的流(liú)量計量器具，比較(jiao)😄适用于大口徑流(liú)量計🈲的現場在線(xian)檢測和校準，可供(gong)水👨‍❤️‍👨利行業的相關(guan)檢測參考借鑒。這(zhe)裏對有關的原理(li)、方法☎️和設備等進(jìn)行歸納和闡🔞述。
3.1外(wài)敷式換能器超聲(sheng)流量計比對法原(yuan)理
　　其原理是:将準(zhǔn)确度較高的便攜(xié)式超聲波流量計(ji)作爲标準器具，安(ān)裝在被測管道上(shàng)進行檢測，然後✔️将(jiāng)測量值🤩和被檢流(liú)✌️量計的采集數據(ju)進行比對，根☎️據比(bi)對結果計算被檢(jiǎn)流量計的誤差🐉，誤(wu)差二(測量值一标(biao)準值)/标準值，再利(lì)用計算的相對誤(wù)差調整💜被檢流量(liàng)計的系數，使被檢(jiǎn)流量計與便攜式(shì)超聲🌂波流量計顯(xiǎn)❄️示流量數據一緻(zhì)，以達到校準被檢(jiǎn)流量計的效果。
3.2标(biāo)準流量計的技術(shù)要求
　　在線校準采(cǎi)用的便攜式超聲(sheng)流量計應具有國(guó)家法定計量檢定(dìng)機構出具的檢定(ding)證書，便攜式超聲(shēng)流量計的安裝、使(shǐ)用‼️應嚴格按其操(cao)作使用說明書進(jin)行，應符合《超✂️聲流(liú)量計檢定規程》(JJG1030-2007)附(fu)錄D的要求}lo;。
在線校(xiào)準用的其他輔助(zhu)設備，如卷尺、測厚(hou)儀、秒表等計量器(qì)具均應具有有效(xiào)的檢定證書，被校(xiào)流量計應附有㊙️使(shi)用說明書，周期校(xiào)準的流量計還應(yīng)有前次的校準證(zheng)書。現場⭐校準時溫(wēn)度、濕度、外界磁場(chang)、機械振動等環境(jìng)條🎯件，應符合🔞開展(zhǎn)現場校準的環💁境(jìng)條件要求🍉，同時明(ming)确測量介質及工(gong)作狀态、介質溫度(du)等工況參數，了解(jiě)被校流量儀表工(gōng)作狀🏃‍♂️态和參數設(shè)置，确認可以開展(zhǎn)現場校準。
3.3測量過(guo)程及計算方法
(1)管(guǎn)徑測量。用量具分(fen)别在換能器安裝(zhuang)位置附近的同一(yi)截面上大緻等角(jiao)分布測量n次外直(zhi)徑，或測量🔅幾次☔外(wai)周長推☂️算出外直(zhí)徑，其平均值D按式(shi)(1)計算:

式中:n爲測量(liàng)次數，n≥4;D爲第i點測得(de)的管道外直徑或(huò)推算出的外直徑(jìng)。
(2)壁厚測量。在換能(néng)器安裝位置均布(bu)5個點，使用測厚儀(yí)測📱量管道壁厚，并(bing)取其平均值。對無(wu)法測量的參數，如(rú)管道🌈材質、襯裏材(cái)料、厚度等，根據現(xiàn)場技術資料查明(ming)并确認。
(3)标準表安(an)裝。将上述管道參(can)數輸人标準表内(nei)，得出換能器✂️安裝(zhuāng)距離。在安裝标準(zhun)表管段上畫線定(dìng)位，确定換能器的(de)位置。清理已定安(ān)裝位置附近的管(guǎn)🔞壁，将管壁上的油(yóu)漆、鐵鏽、污垢等清(qing)除幹淨，露出管道(dào)材質，打磨光滑。在(zài)換能器表面均勻(yun)塗以禍合劑⭐，換能(néng)器上标志對準安(an)裝位置，使其發射(she)面與管壁緊密接(jie)觸，并固定在管道(dào)上。将🆚換能器信号(hao)傳💃輸電纜連接到(dao)轉換器上，按要🛀求(qiú)将信号調試到最(zuì)佳狀态。
(4)計量性能(néng)校準。在一定的時(shí)間内分别讀取被(bei)校流量⛱️計🥵和标準(zhǔn)表的流量示值，分(fen)别按式(2)~式(4)計算被(bei)校流量計的示值(zhí)誤差和重複性:

　　式(shì)中:E。爲流量計每個(ge)流量點每次校準(zhun)的相對示值誤👈差(cha);qij爲第👉i流量點第j次(ci)校準時的流量計(jì)示值(瞬時值或累(lei)積💜值);(qs)。爲第i流量點(dian)🌍第j次校準時的标(biāo)準表示值(瞬時值(zhí)或累積值);Ei爲被校(xiao)流量計第❗i流量點(dian)示值誤差;(Er):爲被‼️校(xiao)流量計第i流量點(dian)重複性。
　　流量點一(yī)般選擇1~3個，每個流(liu)量點校準3次。每次(cì)校準時，同時讀取(qu)并記錄流量計和(he)标準表的示值，比(bǐ)對标定法必須保(bao)證比對過程中時(shí)間的同步。若讀取(qǔ)的數值⚽爲瞬時值(zhí)，則至少讀取20個數(shù)值，取其平均值;若(ruo)讀取的數值爲累(lei)積值，則應💛保證大(dà)于最小讀數的1000倍(bei)或讀取至少20min。的累(lei)積值。
　　便攜式超聲(shēng)波流量計在實際(ji)應用中具有不可(kě)替代💋的🏃🏻‍♂️優勢:可實(shí)現不斷流測量，設(shè)備體積小，便于攜(xié)帶，安裝方便;外💚敷(fū)式探頭，不幹擾流(liu)場，無壓力損失;儀(yi)表無可動及易損(sun)部件，穩定🈲性好;适(shi)用範圍廣，可用于(yú)各種類型流量計(jì)的在線比對;适應(yīng)☁️性強，可用于不同(tóng)管徑、不同介質(高(gāo)溫、高壓、易爆、高勃(bo)度、強腐🔞蝕、放射性(xìng)高)的🧡比對，标準表(biǎo)價格基本與所測(cè)⛹🏻‍♀️管徑無關，性價比(bǐ)高。
　　但是，便攜式超(chāo)聲波流量計受其(qi)自身測量方式的(de)限制，測‼️量精度受(shòu)到很多外界因素(sù)的影響，人爲因素(su)對🧡測量的影🈲響較(jiao)⭐大，對專業檢測人(ren)員的技術性和經(jīng)驗性要求很強、操(cāo)🌍作要求很高，還需(xu)要在實踐中進一(yī)步積累經驗，形成(chéng)技術規範。
4結論
　　現(xian)場校準方法是計(jì)量技術發展的趨(qu)勢，特别是運用便(bian)攜式超💃🏻聲波流量(liang)計開展在線流量(liang)計的校準是可行(háng)的方法，能極大地(di)✊方便現場計量校(xiao)準工作，有效降低(dī)計量方面的資金(jīn)消耗，易于推廣應(ying)用。資料表明，通過(guò)開展流量計量儀(yi)表現場校準技術(shu)的研究與應用，可(ke)以提高計量檢測(ce)水平💃🏻，達到周期性(xìng)㊙️計量檢定的目的(de)，使在線流量計測(ce)量數據準确可靠(kào)，隻要準🤩确操作💋，盡(jìn)量減少随機誤差(cha)和附加誤差，是可(ke)以達到國家有關(guan)部門對于工業及(jí)民用水計量準确(que)度要求的。

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