1 概述

液體浮子流量計及其它類(lèi)型的液體流量計，廣泛應用于流量指示和工藝控制中，其精度具有一定的要求。液體流量標準裝置作為檢測液體流量計精度的設備，主要有質(zhì)量法、容積法和標準表法三種方法。其中標準表法對一些精度要求不高 ( 0. 5 級及以下) 的液體流量計和液體浮子流量計，具有投入低、測量范 圍 廣、效 率 高 的 優(yōu) 點(diǎn)，而被廣泛采用。

 

標準表法流量標準裝置 ( 以下簡(jiǎn)稱(chēng) “裝置”)是以標準流量計 ( 可以是速度式流量計、容積式流量計、臨界流流量計、質(zhì)量流量計和熱能表等)為標準器，使流體在相同時(shí)間間隔內連續通過(guò)標準流量計和被檢流量計，比較兩者的輸出流量值，從而確定被檢流量計的計量性能。標準裝置主要由流體源、試驗管路、標準流量計、計時(shí)器和控制系統等五部分組成［1］。

 

標準表法水流量標準裝置經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已比較成熟，但是也有如下不足。 ( 1) 試驗管段絕大多數都是水平管段，無(wú)法檢測類(lèi)似于玻璃轉子流量計等需要豎直試驗管段的流量計。 ( 2) 標準流量計需要從裝置拆下來(lái)再安裝到更高精度的質(zhì)量法/容積法水流量標準裝置上去溯源，拆裝麻煩、工作量大。 ( 3) 對于檢測超低頻脈沖輸出的流量計 ( 特別是容積式流量計) ，檢測時(shí)間長(cháng)，檢測效率低。

 

2 裝置的研制

蘇州市計量測試院于 2015 年建成一套包含質(zhì)量法、容積法和標準表法三種方法的水流量標準裝置，流量范圍: 1 ～ 1 000 m3 /h; 測量口徑: DN 15 ～ 250 mm。相關(guān)參數及用途見(jiàn)表 1。

近年來(lái)，隨著(zhù)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，現有的水流量標準裝置已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日常工作的需求，急需再增加一套。通過(guò)對近幾年客戶(hù)送檢較多的流量計做統計，主要為口徑從 DN 15 ～ 100 mm、準確度等級為1. 0 級及以下的液體渦輪流量計和電磁流量計，再加之液體浮子流量計的送檢量不斷增大，因此建立一套標準表法的水流量標準裝置，比較符合現在的情況。該套裝置應符合以下要求。

 

 ( 1) 具備豎直試驗管段，用于檢測液體浮子流量計。

( 2) 為避免標準表由于周期檢校需要拆裝帶來(lái)的工作量和時(shí)間上的耽誤，裝置后端增加電子天平，用于標準表的溯源和期間核查。

 ( 3) 在被檢表和標準表端分別設置計時(shí)器，使用雙 計 時(shí) 法，用于檢校超低頻脈沖輸出的流量計。( 4) 考慮到需檢測小口徑 DN2 ～ DN10 的液體浮子流量計，裝置測量口徑為 DN2 ～ 100 mm、測量范圍為 5 ～ 100 000 L /h，裝置擴展不確定度 Urel應不大于 0. 25% ( k = 2) 。

 

根據以上要求，對該標準表法水流量標準裝置進(jìn)行了初步設計，如圖 1 所示。

裝置控制由 PLC、水泵和變頻器共同實(shí)現。同 時(shí)，PLC 還承擔閥門(mén)開(kāi)關(guān)的控制和傳感器信號的采集。電控系統軟件部分分為上位機檢定系統和下位機控制系統。上位機由采用圖形化編輯語(yǔ)言的 LabVIEW 軟件設計開(kāi)發(fā)，其主要完成參數設定、數據處理、過(guò)程監控等功能。下位機由可編程邏輯控制器 PLC 實(shí)現，主要功能是電機控制、傳感器信號采集、編碼器輸出脈沖采集、計時(shí)和閥門(mén)控制等。 3 雙計時(shí)檢測方法簡(jiǎn)介

 

3. 1 雙計時(shí)法原理

檢定流量下的示值誤差［2 － 4］

同一臺流量計，一般在同yiliu量點(diǎn)下，示值誤差認為相同，則:

由式 ( 1) 和式 ( 2) 可得:

 

        式中: Vc 為流量計脈沖當量體積; N 為流量計脈沖數; tn 為 N 對應的測量時(shí)間; Qsc為 tn 時(shí)間內對應的標準體積。

        由式 ( 3) 可知，流量計脈沖當量體積與兩標準體積有關(guān)，或與兩測量時(shí)間有關(guān)，稱(chēng)為雙計時(shí)測量法。

 

 3. 2 檢測舉例

        檢測一臺準確度等級 1. 0 級、流量范圍為 1 ～ 10 m3 /h、低頻脈沖輸出的渦輪流量計，脈沖當量體積 VC = 0. 126 8 L /P。根據渦輪流量計檢定規程的要求［5］，“一次檢定中流量計輸出的脈沖數的測量結果由分辨率帶來(lái)的相對不確定度不大于被檢流量計#大允許誤差覺(jué)對值的 1 /10”，當檢測#小流量點(diǎn) 1 m3 /h 時(shí)，脈沖數應不小于 1 000 個(gè)，則每次檢測所需的時(shí)間:

        當每次檢測所采 集 的 脈 沖 數 分 別 為 1 000、 500、300 和 132 時(shí)，所需時(shí)間和示值誤差如表 2所示。

        檢測結果表明，在#小流量點(diǎn)下，使用雙計時(shí)法檢測低頻脈沖輸出的流量計，在保證裝置#短測量時(shí)間 ( 60 s，共采集約 132 個(gè)脈沖) 的前提下，示值誤差試驗結果與滿(mǎn)足規程條件 ( 456 s，共需采集 1 000 個(gè)脈沖) 相比，仍處可接受的范圍( 示值誤差之差#大為 0. 25% ) ，而檢測效率提高了約 7 倍。

 

4 裝置的不確定度評定

        根據 JJG 643—2003 《標準表法流量標準裝置》，裝置的不確定度來(lái)源主要有標準表、檢定標準表的流量標準裝置以及計時(shí)器。 4. 1 標準流量計的測量 A 類(lèi)不確定度 u1本裝置由 6 臺標準電磁流量計組成，相關(guān)信息及參數如表 3 所示。