移动式微小口径液体流量计现场在线校准装置研究

【摘要】本文通过分析微小口径液体流量计在线校准时可能出现的问题，提出了两种解决方案，同时设计了一种用于现场在线校准微小口径液体流量计的校准装置并给出校准方法，对校准结果进行了不确定度评定。希望本研究可以为从事相关工作的计量检定人员提供参考借鉴。

【关键词】移动式；
液体流量计；
在线校准；
不确定度

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.061

Research on Onsite Online Calibration the Mobile Device of Small Fluid Flow Meter

LIU Yang

（Liaoning Institute of Measurement， Shenyang 110004， China）

Abstract：
This article analyzes the potential problems that may arise during the online calibration of small-caliber liquid flowmeters， and proposes two solutions. It also designs a calibration device for onsite online calibration of small-caliber liquid flowmeters， and provides a calibration method， along with uncertainty evaluation of the calibration results. The study aims to provide reference and guidance for metrology and calibration personnel involved in related work.

Keywords：
mobile device；

fluid flow meter；

online calibration；

uncertainty

目前，对于微小口径液体流量计有两种现场在线检测方式。一种是采用便携式超声波流量计进行比对，这种方式具有稳定性好、量程范围广、不破坏管路和无压力损失等优点，但在实际应用中，这种方式往往因为管路条件不满足安装要求，导致测量结果不准确；
另一种方式是利用车载校检标准器进行测量，但其适用范围受到流量计工作介质的限制。因此，有必要研究开发一种新的检测方法和装置，以减少不利因素对量值溯源的影响，提高检测准确度和可靠性，提升液体流量计现场在线校准的能力和服务水平。

1检测方法和检测装置概述

本文设计的在线检测方法分为标准表串联比较法或静态质量法。标准表串联比较法用于对微小口径石化用流量计的常用流量范围进行溯源，静态质量法用于解决被测流量计瞬时流量低于标准表工作范围时的流量溯源问题。该检测方法可以满足标准器使用时所要求的前段管道长度和后段管道长度分别是管径的10倍和5倍的规定，检测所用的介质与被测石化用流量计工作时所用介质相同，测量时间不受标准器限制，可以满足不同流量点下的量值溯源问题。

检测装置采用涡轮流量计和电子天平为标准器。涡轮流量计在同等口径下体积小、重量轻，常用于石化产品的流量计量，用于检测被测流量计的常用工作流量范围；
电子天平用于被测流量计的瞬时流量低于标准表工作范围的检测。该装置在设计时充分利用了现场被测流量计的工作条件，适当地简化了标准装置的结构和组件，同时也配备了可拆卸的备份油泵和稳压罐，用于解决被测流量计流量稳定性问题。管路的连接采用软管和多种规格的管路快插接头，方便与被测流量计的管路进行连接，解决了被测流量计安装位置情况复杂的问题。装置采用整体框架式可移动结构，外形尺寸为500 mm×600 mm×300 mm，重量约为35 kg，可利用普通乘用车进行转运。

2不同检测方法所用装置介绍

根据两种检测方法，本装置所用的标准器可以分开使用也可以同时使用。标准装置的主标准器为涡轮流量计及其配套管路和相应仪表，电子天平及配套容量罐的接口在装置的末端，需要时可以随时连接。

2.1标准表串联比较法校准装置

由于微小口径液体流量计现场安装位置的空间比较狭小，传统的外夹式超声波流量计溯源方法无法实现。因此，我们设计了一种标准表串联比较法校准装置，检测方式采用现场在线串联检测，检测时将被测流量计入口和出口的连接管路打开，利用快拆接口将软管与校准装置连接。装置具体结构如图1所示。

本装置由支撑结构、标准表、管路、开关阀门、调流阀门、温度变送器、压力变送器、油泵、稳压罐、控制及电源系统组成。支撑結构底部带有轮式行走部件，可实现移动功能，方便运输转移。装置内部管路可连接主标准器、阀门、油泵、稳压罐、温度变送器、压力变送器等，使管路内可流动工作介质。装置采用涡轮流量计作为主标准器，实现对被测石化品液体流量计进行量值溯源，另外采用DN6～DN25不同口径的涡轮流量计组合，可实现对不同工作流量范围的被测石化用流量计进行量值溯源。

本装置特别设计了一套适合流量计量使用的软管连接的快拆结构，实现对不同规格口径流量计自由切换。快拆结构为卡扣式。相对于法兰连接式（口径大且管道压力较高）和螺纹连接式（口径小且管道压力较低），卡扣式连接适用于管道压力不大、口径较小的情况。卡套环内壁设置有橡胶环，使用时，石化品管道的自由端穿过该橡胶环。卡套环与凹槽间设置有O型密封圈。卡套环包括上卡套半环、下卡套半环，两者相对而设，形成环形结构，且上下半环卡套间通过锁紧螺钉相连为一体。卡套环有多个，多个卡套环的外径相同，内径不同。具体结构如图2所示。

控制及电源系统采用触屏平板计算机为终端，配合信息处理模块，实现标准器和被测流量计的信息采集、数据处理及控制功能。涡轮流量计采用频率输出，抗干扰能力强，适用于现场可能出现的复杂电磁干扰环境。触屏平板计算机实现在线检测数据记录的无纸化操作，并实现检测记录的实时生成，确保检测工作的可靠性和及时性。

相比在实验室使用的流量标准装置，该装置简化了非必要的组件，充分利用现场条件。装置中体积和重量最大的稳罐和机械泵根据现场条件可灵活拆卸携带，方便运输转移。流量对接软管采用软式连接，适合空间狭小的现场条件，对客户现场检测空间要求不高。标准表串联比较法校准装置主要适用于客户要求的计量准确度低于1.5级的石化产品流量计。

2.2静态质量法校准装置

针对标准表串联比较法的局限性，我们设计了另一种便携式静态质量法微小口径液体流量计在线校准装置，结构可以与标准表串联比较法装置互换。对于客户要求的计量准确度较高的微小口径液体流量计，我们采用准确度等级高的静态质量法进行检测。静态质量法重复性好、准确度高，通过合理设计结构，使之更适用于现场在线检测。该装置的具体结构如图3所示。

本装置采用双电子天平设计，实现微小流量计量时满足不同量程流量的需求，优化了单次检测时间，实现了提高检测效率和检测准确度的双重目的。

对于特殊流量范围的被测微小流量计，主标准器还可根据被测对象进行调整，更换适当量程的电子天平（主标准器），以满足对不同被测对象的工作流量需求。对于易挥发被测介质，本装置的容器还可以采用软式容量袋结构，实现对易挥发介质的称量。测量天平上有称量容器，称量容器上方设置有支管，支管上均有用于调节流量的流量调节阀；
支管分别与流量管路相连通，该流量管路的出口通过连接软管与微小口径液体流量计相连，所述连接软管与微小口径液体流量计的出口管线通过卡扣式相连。流量管路上还设置有用于开关的通断阀，并集成了用于测量管路温度的温度传感器和用于测量管路内部压力的压力传感器。可拆卸的机械泵及稳压罐可根据现场条件灵活安装。

静态质量法校准装置适用于口径小于15 mm的微小流量计的在线测量。相比实验室使用的液体流量校准装置，该装置简化了非必要的组件，充分利用现场条件进行代替，利用客户的介质流量管线、过滤器、稳压罐等设备，将本装置的非核心设备进行了优化，且方便运输转移、结构紧凑，适用于空间条件复杂的现场，降低了现场检测空间要求。

3不确定度评定

对某企业需要进行溯源的DN20口径的流量计，采用串联比较法对被测流量计进行校准，不确定度评定过程如下。

被测流量計瞬时流量为15 L/min，采用累积流量计算示值误差，测量时间约60 s，累积量约15 L。串联比较法采用0.5级的涡轮流量计为标准器，连续测量3次并计算相对示值误差，采用贝塞尔公式计算重复性。具体结果见表1。

4结束语

辽宁省内的石化企业、车辆发动机生产企业、航空维修企业等普遍使用各类石化品液体流量计用于流量监测、压力检查、耐久性测试等，其中相当一部分流量计需要采用现场在线校准方式。本文介绍的两种方案有效地解决了流量计在线溯源问题，降低了企业的仪表维护成本，为企业的生产提供了有力的计量保障。

【参考文献】

[1]液体流量标准装置：JJG 164—2000[S].

[2]标准表法流量标准装置：JJG 643—2003[S].

【作者简介】

刘洋，男，1980年出生，高级工程师，研究方向为流量计的检定、校准等。

（编辑：李加鹏）

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