液體流量計(jì)實(shí)驗(yàn)室檢定和在線校準(zhǔn)計(jì)量比對(duì)分析

劉宜仔，萬(wàn) 勇，陳漢松，楊端益

(廣州能源檢測(cè)研究院，廣東 廣州 510000)

1 引言

企業(yè)在取水計(jì)量系統(tǒng)中使用的液體流量計(jì)種類及生產(chǎn)廠家較多，主要有電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)、水表(機(jī)械水表、超聲水表)等[1-5]。企業(yè)在使用過(guò)程中因工作環(huán)境、使用條件、人為因素等原因，都可能造成計(jì)量器具的計(jì)量性能發(fā)生變化，出現(xiàn)計(jì)量“失準(zhǔn)”情況，從而造成計(jì)量糾紛，影響產(chǎn)品質(zhì)量、能耗數(shù)據(jù)偏差、環(huán)境監(jiān)測(cè)不力等后果。這就要求企業(yè)根據(jù)流量計(jì)種類對(duì)應(yīng)的國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程要求按期溯源，以保證流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確性。但是，取水計(jì)量系統(tǒng)使用的計(jì)量器具可能存在體積較大、安裝位置狹小、安裝管道沒(méi)有退縮位、拆卸成本高及再次安裝難度大等原因[6-8]，且由于生產(chǎn)生活用水的連續(xù)性，一般不允許中斷供水而把流量計(jì)拆卸出來(lái)，這就導(dǎo)致流量計(jì)的定期檢定工作難以完成。因此研究液體流量計(jì)在線檢定技術(shù)，在不必拆卸的情況下實(shí)現(xiàn)液體流量計(jì)的定期溯源，在一定程度上保證流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性，具有重大意義[9-13]。

目前，對(duì)于取水計(jì)量的液體流量計(jì)，國(guó)家并未出臺(tái)相關(guān)的在線檢定規(guī)程，現(xiàn)有的各類液體流量計(jì)檢定規(guī)程中也未提及在線檢定的要求和檢定方法，地方檢定規(guī)范也較少，這使得在線檢定結(jié)果的可靠性缺少必要的技術(shù)依據(jù)。因此，筆者比對(duì)分析了液體流量計(jì)實(shí)驗(yàn)室檢定結(jié)果與在線校準(zhǔn)結(jié)果，旨在驗(yàn)證在線校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性，為在線檢定方法提供技術(shù)依據(jù)。

2 比對(duì)方案

2.1 比對(duì)形式

如圖1所示，采用相對(duì)比較法的形式，對(duì)同一液體流量計(jì)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢定和現(xiàn)場(chǎng)在線校準(zhǔn)，比對(duì)2次的檢定/校準(zhǔn)結(jié)果，并進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

圖1 計(jì)量比對(duì)流程Fig.1 Comparison process of measurement

2.2 抽樣

以取水計(jì)量系統(tǒng)常用的電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)和水表(機(jī)械水表、超聲水表)為鑒定對(duì)象，根據(jù)本省范圍內(nèi)的使用企業(yè)送至實(shí)驗(yàn)室檢定的流量計(jì)，抽取上述類型流量計(jì)樣本數(shù)量100臺(tái)進(jìn)行比對(duì)，具體抽樣情況見(jiàn)表1。

2.3 實(shí)驗(yàn)室檢定

對(duì)本省范圍內(nèi)的使用企業(yè)送至檢定員所在單位水流量實(shí)驗(yàn)室的取水計(jì)量流量計(jì)，按照儀表類型對(duì)應(yīng)的國(guó)家檢定規(guī)程的要求進(jìn)行檢定[14-16]，記錄檢定數(shù)據(jù)和檢定結(jié)果。

根據(jù)表1抽取檢定合格的各類流量計(jì)，做好使用該流量計(jì)的企業(yè)資料登記，包括企業(yè)名稱、地址、聯(lián)系方式等。

表1 取水計(jì)量系統(tǒng)流量計(jì)抽樣分類Tab.1 Flowmeter sampling classification of water intake metering system

2.4 在線校準(zhǔn)

對(duì)實(shí)驗(yàn)室抽取的樣本第一時(shí)間聯(lián)系企業(yè)，跟蹤企業(yè)流量計(jì)安裝情況和安裝條件，并與企業(yè)確定對(duì)該流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在線校準(zhǔn)。

2.4.1安裝要求

安裝應(yīng)確保流量計(jì)前后管道內(nèi)充滿介質(zhì)，管道壓力應(yīng)滿足流量計(jì)使用要求。流量計(jì)前后直管段應(yīng)按照流量計(jì)使用說(shuō)明書的要求安裝：如果說(shuō)明書未作規(guī)定，則流量計(jì)應(yīng)安裝在離任何上游擾動(dòng)部件(除取壓孔、溫度計(jì)插孔外的任何障礙或連接支管)至少10倍管徑和離任何下游擾動(dòng)部件至少5倍管徑的直管段中，并留出滿足標(biāo)準(zhǔn)器安裝要求的管道。當(dāng)上游直管段長(zhǎng)度不夠時(shí)，可以安裝整流器，安裝后其整流效果應(yīng)達(dá)到流量計(jì)使用要求。

2.4.2校準(zhǔn)規(guī)范

對(duì)符合安裝要求的流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)不得改變實(shí)驗(yàn)室檢定后流量計(jì)的相關(guān)系數(shù)等設(shè)置。

(1)校準(zhǔn)計(jì)量器具

流量計(jì)校準(zhǔn)設(shè)備配置如表2所示。

表2 流量計(jì)校準(zhǔn)設(shè)備配置Tab.2 Configuration of flowmeter calibration equipment

(2)技術(shù)條件

環(huán)境條件：溫度，0～5℃；濕度，35%～95%RH；大氣壓力：86～106 kPa。

管道材質(zhì)：應(yīng)采用金屬、塑料、陶瓷、玻璃及其它適合便攜式超聲波流量計(jì)檢測(cè)的材質(zhì)。

(3)校準(zhǔn)方法

① 確定管道外徑

圖2 管道外徑和管道壁厚示意Fig.2 Schematic diagram of outer diameter and thickness of pipeline

(1)

式中φimax為各位置管道外徑中的最大值；φimin為各位置管道外徑中的最小值。

② 確定管道壁厚

(2)

③ 確定標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝尺寸

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)使用說(shuō)明書，使標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)處于正常工作狀態(tài)，輸入管道外徑、管道壁厚、材質(zhì)等各種參數(shù)，從而獲得傳感器安裝尺寸。

④ 確定安裝位置

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝尺寸，用鋼卷尺確定安裝位置。標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝位置應(yīng)保證在L1～Ln之間。

⑤ 每次校準(zhǔn)時(shí)間

根據(jù)管道流量確定每次校準(zhǔn)時(shí)間，具體時(shí)間要求見(jiàn)表3。

表3 校準(zhǔn)最短時(shí)間Tab.3 Minimum calibration time

⑥ 校準(zhǔn)流量點(diǎn)和校準(zhǔn)次數(shù)

校準(zhǔn)流量點(diǎn)選擇與實(shí)驗(yàn)室檢定流量點(diǎn)相同或相近，每個(gè)流量點(diǎn)至少校準(zhǔn)3次。

(4)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理

相對(duì)示值誤差按式(3)、式(4)計(jì)算：

(3)

式中Ei為第i次校準(zhǔn)相對(duì)示值誤差，%；Vi為第i次校準(zhǔn)流量計(jì)測(cè)得的累積流量值，m3；Vsi為第i次校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)測(cè)得的累積流量值，m3。

(4)

2.4.3校準(zhǔn)結(jié)果

因現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)條件不及實(shí)驗(yàn)室，確定取水計(jì)量流量計(jì)的最大允許誤差為±5.0%，在最大允許誤差范圍內(nèi)的判定為校準(zhǔn)結(jié)果合格，超過(guò)最大允許誤差的判定為校準(zhǔn)結(jié)果不合格。記錄完整的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)結(jié)果。

3 比對(duì)結(jié)果判定

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢定結(jié)果與在線校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，如果兩次結(jié)果均合格，則判定此次在線校準(zhǔn)結(jié)果可靠，否則為不可靠。

統(tǒng)計(jì)所有樣本在線校準(zhǔn)結(jié)果的可靠率，驗(yàn)證在線校準(zhǔn)的可靠性。從統(tǒng)計(jì)學(xué)的概率分析，如果可靠率大于等于90%，則認(rèn)為在線校準(zhǔn)結(jié)果可靠，否則不可靠。

統(tǒng)計(jì)抽取的100臺(tái)不同類型的取水流量計(jì)在線校準(zhǔn)結(jié)果可靠數(shù)量，如表4所示。

表4 在線校準(zhǔn)結(jié)果可靠數(shù)量統(tǒng)計(jì)Tab.4 Reliable statistical results of online calibration

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，各類流量計(jì)在線校準(zhǔn)結(jié)果總體可靠率達(dá)97%，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的概率分析，可以認(rèn)定為對(duì)取水流量計(jì)在線校準(zhǔn)的結(jié)果是可靠的。其中部分流量計(jì)出現(xiàn)了在線校準(zhǔn)結(jié)果的不可靠，可能是因?yàn)槭艿浆F(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)安裝、使用、介質(zhì)等因素的干擾，導(dǎo)致該流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)室檢定合格后，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)出現(xiàn)計(jì)量不合格的現(xiàn)象。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)目前取水流量計(jì)缺乏在線檢定相關(guān)技術(shù)依據(jù)的情況下，通過(guò)設(shè)計(jì)液體流量計(jì)實(shí)驗(yàn)室檢定結(jié)果與在線校準(zhǔn)結(jié)果的比對(duì)方案，并分析比對(duì)結(jié)果，驗(yàn)證在線校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性，為在線檢定技術(shù)提供技術(shù)依據(jù)。對(duì)比分析檢定結(jié)果表明：各類流量計(jì)在線校準(zhǔn)結(jié)果總體的可靠率達(dá)97%，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的概率分析，可以認(rèn)定為對(duì)取水流量計(jì)在線校準(zhǔn)結(jié)果是可靠的。