質(zhì)量流量計在線標(biāo)定方法的探討

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司洛陽卷煙廠 郝恒義 王志杰

質(zhì)量流量計在線標(biāo)定方法的探討

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司洛陽卷煙廠 郝恒義 王志杰

近年來，質(zhì)量流量計在卷煙工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)控制中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在制絲工序中應(yīng)用廣泛。由于質(zhì)量流量計參與香精香料的摻配精度控制，如果計量不準(zhǔn)，將會造成加入煙絲中的香精香料達(dá)不到精度要求，直接影響到卷煙產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。而傳統(tǒng)的流量校準(zhǔn)方法是從管線上將流量計卸下送至實驗室，在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行離線校準(zhǔn)。由于煙草生產(chǎn)線連續(xù)作業(yè)，一旦質(zhì)量流量計出現(xiàn)計量不準(zhǔn)，進(jìn)行離線校準(zhǔn)周轉(zhuǎn)期長，影響生產(chǎn)。同時，考慮到使用場所的限制，拆卸困難和校準(zhǔn)費用大等因素。因此，本文，筆者選用便攜式超聲波流量計作為標(biāo)準(zhǔn)器，對生產(chǎn)線流量計的在線標(biāo)定進(jìn)行了探索與研究。

一、材料與方法

1.檢測儀器設(shè)備。便攜式超聲波流量計1臺，準(zhǔn)確度等級為0.5；測厚儀1臺，準(zhǔn)確度等級為0.5；紅外測溫儀1臺，示值誤差為±2℃、密度計為準(zhǔn)確度等級0.5；黏度計1臺，準(zhǔn)確度等級0.5。

2.測試程序。

（1）采用ADM6725便攜式超聲波流量計作為測量標(biāo)準(zhǔn)，將測量標(biāo)準(zhǔn)傳感器探頭安裝在被測流量計上游或下游合適管段，可以同時顯示被測管道的瞬時流量與累積流量，通過對比標(biāo)準(zhǔn)器與被測流量計數(shù)據(jù)從而確定被測流量計的準(zhǔn)確度。

（2）管路壁厚的測量。將測厚儀探頭與測量標(biāo)準(zhǔn)連接，會自動轉(zhuǎn)換為WTM模式。將測厚儀探頭涂上耦合劑后，在管路多個位置（至少3個）進(jìn)行測量，取平均值作為管路壁厚值。

（3）流量測量。將傳感器探頭與測量標(biāo)準(zhǔn)流量計連接，將傳感器探頭涂上耦合劑后，根據(jù)測量標(biāo)準(zhǔn)要求的兩個傳感器間距，使用滑塊和鏈條將探頭固定在管路合適管段，傳感器安裝的位置和干擾源之間的距離L≥10D（D為管徑）。被測流量計和測量標(biāo)準(zhǔn)同步啟動，觀察儀表顯示的瞬時流量q和累積流量Q數(shù)據(jù)，待穩(wěn)定后開始記錄。每5 min記錄1組數(shù)據(jù)，連續(xù)記錄3次，測量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄為q1，q2，q3，Q1，Q2，Q3，被測流量計數(shù)據(jù)記錄為瞬時流量作為參考，累積流量作為比對的依據(jù)。

3.數(shù)據(jù)處理。

（1）示值誤差。示值誤差可用絕對誤差Δ表示，計算公式為：

式（1）中，Δ為用絕對誤差表示的示值誤差，Q為被測流量計顯示值，Qs為測量標(biāo)準(zhǔn)顯示值。

（2）相對誤差。相對誤差是測量儀器的示值誤差除以相應(yīng)示值之商。相對誤差用符號E表示，計算公式為：

誤差要求為連續(xù)測量3次，被測流量計的相對誤差均達(dá)到|E|≤1%為合格。如超出相對誤差要求，需要對其進(jìn)行校準(zhǔn)后重新測試，直至滿足工藝要求。

三、結(jié)果分析

1.測試結(jié)果。按照檢測方法進(jìn)行在線標(biāo)定，制絲生產(chǎn)線葉片加料流量計計量點的比對數(shù)據(jù)見表1。

表 1 流量計檢測數(shù)據(jù)記錄

表1中的差值分別為被測流量計和測量標(biāo)準(zhǔn)的顯示值，代入公式（1），分別計算得到3組數(shù)據(jù)的示值誤差。相對誤差E依據(jù)公式（2）計算。連續(xù)測量3次，被測流量計的相對誤差均符合|E|≤1%，判定為合格。

2.標(biāo)定方法適用性的驗證。因為實物法具有更高的測量準(zhǔn)確度，所以采用實物稱重法對該檢測方法進(jìn)行驗證，該方法與上述比對法測試同步進(jìn)行。對于質(zhì)量流量計可采用水做校準(zhǔn)介質(zhì)，將實際搜集的介質(zhì)稱出質(zhì)量后作為約定真值，被測流量計顯示的質(zhì)量數(shù)據(jù)為測量值。被測流量計下游要設(shè)計有旁通管路，方便用容器接收管路中排出的水。準(zhǔn)備1臺30 kg的電子天平，分度值d=0.002 kg；接水容器1個，容積大于20 L。在手動開機(jī)狀態(tài)下，用水代替料液進(jìn)行測試，使香料廚房通往機(jī)臺的管路充滿料液，關(guān)機(jī)記錄質(zhì)量數(shù)據(jù)。關(guān)閉通往滾筒的閥門，打開旁通閥門，用容器搜集流出水的質(zhì)量，記錄流量計顯示質(zhì)量數(shù)據(jù)Q。用電子天平稱重計算出容器內(nèi)水的實際質(zhì)量記錄為Qs，計算流量計顯示值Q與搜集水的實際質(zhì)量Qs的誤差，流量計的相對誤差為E，按公式（2）計算。

連續(xù)測量3次，記錄測量數(shù)據(jù)。以某次正在使用中的質(zhì)量流量計檢測為例，管路壁厚1.91 mm，介質(zhì)溫度為63℃，介質(zhì)密度為1.02 g/mm3，介質(zhì)運動黏度為0.72 mm2/s。測量數(shù)據(jù)見表1。

表 2 流量計檢測數(shù)據(jù)記錄

由表2可知，便攜式超聲波流量計檢測的流量相對誤差為0.80%，通過實物稱重法進(jìn)行驗證，相對誤差為0.70%，二者僅相差0.1%。該流量計的誤差符合要求，檢測合格。

3.注意事項。在標(biāo)定過程中，必須采取適宜的測量方法，正確進(jìn)行操作和安裝。還應(yīng)注意以下幾點。

（1）選擇適宜的測量點?；旧?，測量都必須在管子上進(jìn)行，所在位置應(yīng)該有利于聲的傳播。正確確定傳感器的位置是無誤差測量的基本條件，它能保證聲信號在最佳條件下接收和正確評定。選定測量位置后，儀器應(yīng)在電纜能達(dá)到測量點的位置范圍內(nèi)。

安裝傳感器需要考慮位置確定和方式選擇兩個問題，傳感器安裝位置不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。確定位置時要選擇流速恒定、平直的管段，尤其要注意傳感器盡量避開有變頻器、大功率電機(jī)等污染電源場合，如圖1所示。

圖1 測量點選擇

（2）傳感器的正確安裝與定位。安裝方式上，主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式3種。多普勒式超聲波流量計采用對貼式安裝方式，時差式超聲波流量計采用V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300 mm時，采用V方式安裝，管徑大于200 mm時，采用Z方式安裝。既可以用V方式安裝又可以用Z方式安裝的傳感器，盡量選用Z方式。實踐表明，Z方式安裝傳感器超聲波信號強(qiáng)度高，測量穩(wěn)定性也好。

（3）正確進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。在檢測開始前，先判斷超聲波流量計的測量信號強(qiáng)度是否滿足標(biāo)定的條件，如果信號過弱將會對測量準(zhǔn)確度造成影響，通過調(diào)整傳感器安裝位置、聲程因子一般能夠較好的解決。流量計開始工作后，觀察運行5 min，待流量數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，如有異常情況排除后再讀取數(shù)據(jù)。在工藝條件不變的情況下，每次標(biāo)定時應(yīng)同時記錄同時間段內(nèi)便攜式超聲波流量計與在線流量計的流量累計值，每次數(shù)據(jù)記錄間隔3～10 min，可根據(jù)瞬時流量大小進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，累積值數(shù)據(jù)不得少于3組。

通過近一年的現(xiàn)場實測應(yīng)用，證明該在線檢測方法是可行的，誤差能夠達(dá)到不超過1%的要求，具有廣泛的推廣價值。