基于气体流量计在线校核方法的研究分析

摘要：根据流量计的使用现状，介绍了气体流量计在线校核的检测方法。
流量仪表是能源计量的主要工具之一，其使用状况直接影响着能源计量的有效性，如何对使用中的流量仪表进行计量性能评价，是当前能源计量工作中亟待解决的重要课题。蒸汽流量仪表现阶段很难做到在线检定和校准的工作，国际上普遍没有较好的解决办法。通过在线校核的方法，判断气体流量计是否属于正常使用范围或需要进一步检定、校准。使用状况好的仪表，能满足设置要求，为管理人员提供可靠的能源利用数据。但如果仪表使用情况不如人意，或者总提供可疑的数据则会对企业产生很大的影响。所以对于流量仪表在使用中如何管理，如何保证其数据准确可靠，是一个不可忽视的大问题。１流量仪表的使用现状流量仪表种类繁多，使用情况千差万别，我们以较有典型意义的气体流量计为对象进行探讨。如果气体流量计的检定问题解决好，对于其他流量计就不会有太大的困难。目前蒸汽的检测手段主要采用差压式流量计和涡街流量计，一般来说都能基本应付检测及计量的要求。虽然仪表在出厂前经过一定程序的检测校验，一旦安装到管道上或使用一定时间后，其计量状况就难以把握。即使是标准节流装置，在实际使用上，偏离标准是常态。虽然对于偏离标准规定所引起的测量误差有些能进行修正或估算，但偏离状况并不容易掌握。所以，流量仪表在使用中提供的数据不一定与实际相符。如果流量仪表用于工况测量，只要其重复性较好，对工况变化的了解还能做到有一定的把握。因此，变化值是可靠的，绝对数值是可疑的，如果用于计量，就有可能造成较大的错误。
在实际应用中，对于上述流量计的周期检定，大多是对信号转换部分（如差压变送器）和显示计算部分（如显示积算仪）进行检定或校准。有很多问题在这一环节及时发现和纠正，从技术发展的现状来看，这些部分的发展相对比较成熟，可靠性比较高，问题比较容易解决。而对于流量信号产生这一关键环节，本来更需要加以核实，但限于生产、运输、标准装置等条件的制约，往往不能实现有效的检测。
孔板流量计，一般在安装使用后就很少拆检，因故拆除时经常出现人口直角边缘磨损现象，甚至发现整块孔板凹曲变形，造成孔板流量计的准确度降低达±２０％。而涡街流量计，由于其仪表系数与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关，设计及标定时的管道条件与现场管道往往不完全吻合，对仪表系数的影响量无法估算。基于上述现状，对部分在用流量计进行在线校核成为很有必要的问题，特别是使用时间较长、或者使用者一直对计量值存疑的流量计更是如此。２在线检测流量的方法校核与通常所指的检定、校准具有完全不同的意义。其目的在于用某种可能的方式在线检测实际流量，提供一些参考数据，从而可以对在用流量计的测量值进行对比分析。虽然校核所用的流量计标称准确度不一定比在用的流量计高，但由于它可以经常在标准流量装置上进行校准，因此在某种意义上说，它提供的数据具有更高的可靠性。
要实现在线测量流量，一般有线外和线内两种方式ａ前者以外夹式超声波流量计为代表，后者由于现场条件的限制，以各种插人式流量计为代表。
从检测方法来说，可以在适当的位置加人流量计，好好在待检流量计后且具有充分发展管流处，采取校核仪表测量值与在线仪表测量值相比较的方法，即直接比较法。如果现场流量计具有补偿参数（温度、压力）测量仪表，可加以校对后采用其数据，否则应加装测量补偿参数的仪表。
由于声能传递的衰减程度与介质密度相关，要使发射的超声波信号穿过管壁，穿过流体，再穿过管壁到达接收器还能保持足够的强度和信噪比。所以挑选合适的位置，正确安装校核用的夹装式超声波气体传感器是相当重要的。
３超声波气体流量计量装置
３．１装置介绍装置包括主机、夹装式超声波气体传感器和打印机等。它采用时差法的测量原理，并有多种可选功能及附件以满足用户各种气体流量测量需求。超声波气体流量计可用于测量几乎任何一种气体，由于无需在管线上开孔，因此大大节省了固定安装的费用。系统能够提供精确、无漂移的超声流量测量，对气体流动无阻碍。流量计面板上能显示流量、温度、累计流量等参数ｓＰＴ８７８ＧＣ流量计如图１所示，夹装式超声波气体传感器如图２所示。
３．２工作原理及过程
选择表面平整光洁的管道，好好在待检流量计后且具有良好检测条件的直管段处。检测人员在传感器上涂上流量计配备的耦合剂，使传感器和管道壁上空隙间的微量空气不影响超声的穿透，同时使传感器与管道壁的声阻抗差减小，从而减小超声能量在此界面的反射损失。然后在选定的管道上按照管径的大小在适当的距离安装夹装式超声波气体传感器。把传感器接人主机，并且在系统上设定现场管道环境等参数（包括管径、压力等）后便开始进行蒸汽流量的检测工作＾整个过程不需要蒸汽断流，也不需要在管道上开孔。
３．３超声波气体流量计准确度
ＰＴ８７８ＧＣ可测流速范围和管径范围极宽，对于ＤＮ１００￣ＤＮ３００的管道，如果蒸汽温度不高于２５０１，密度在４ｋｇ／ｍ３以上，能达到较好的效果。管径＞１５０ｍｍ时，测量流速的准确度可达读数的±１％￣±２％；管径矣１５０ｍｍ时，为读数的±２％￣±５％，而重复性则可达读数的±０．２％￣±０．５％。
４用标准装置检定ＰＴ８７８ＧＣ
根据１０３０-２００７《超声流量计检定规程》和ＪＪＦ１０５９-２０１２《测量不确定度评定与表示》对ＰＴ８７８ＧＣ流量计量系统进行检定。
４ 检定的过程首先在测试管段上按照管道的大小在适当的距离安装夹装式超声波气体传感器（如图３）。把被测试管段与音速喷嘴流量装置对接好，在检定系统的电脑上设置好环境温度、湿度和压力（一般为一个大气压）等参数。一切准备就绪后打开气阀，选择检定的流量点。对于ＰＴ８７８ＧＣ流量计量系统，应选择６，３０，１２２，３０１ｍＶｈ的流量点，对比被测设备与标准音速喷嘴流暈装置各流量点的示值误差。根据检定规程和国家计量技术规范，计算出ＰＴ８７８ＧＣ流量计量系统的误差和本次检定的不确定度，好后出具检定证书。
４．２检定过程中应该注意的两个问题
１）在检定过程中，应该注意传感器探头的安装位置及间距。按照ＰＴ８７８ＧＣ流量计量系统推荐的探头安装间距，在实测点标示出两个探头安装点进行安装３如果位置或间距有误，可能导致偏差。
２）检定时，管道中充人空气的气流要平稳，这样才能确保计量准确。
５现场在线校核实例
一服装洗染公司由于生产成本上升，每月蒸汽使用量增加了几千吨。因此对其威尔巴气体流量计进行现场在线校核工作。
首先对公司的二次仪表（包括流量演算器、差压变送器及压力变送器）进行在线校准，校准后没有发现任何问题。由于拆装不易或工艺要求，一次仪表（气体流量计）无法送到实验室进行检定或校准。因此我们使用ＰＴ８７８ＧＣ流量计量系统对该气体流量计在线校核，然后对比分析。如果在用流量计的测量值在允许误差范围内，则表明该流量计运行正常。若超出允许误差范围，则建议企业拆送到实验室进一步检定或校准。根据上述校核方法，对该公司蒸汽分气缸前的由ＥＣＥＦａｓｔ公司生产的威尔巴气体流量计进行了在线校核工作，对其编号为ＩＰＡ－１０６的流量计的校核数据如表１所示。
校核的示值误差在仪表标明的准确度１．５％范围之内，相对扩展不确定度符合要求，证明该公司的威尔巴气体流量计不存在计量超差的问题，生产成本上升与蒸汽量上升没有直接关联。
经过进一步分析，发现该公司蒸汽量上升的同期产量也明显提高，而生产成本上升主要是由于其成品（牛仔裤）单价下降而造成的。
６结论
气体流量计在线校核的方法经过逐渐的认识和推广，已经获得了越来越多的企业和机构认可。鉴于国内暂时没有成熟的在线检定或校准气体流量计的方法，所以在保证仪器性能、提高经济效益方面，在线校核气体流量计的方法可以发挥重要的作用。