摘要:針對(dui)水量計量(liang)流量計 無(wu)法離線送(song)檢的情況(kuang)，流量計一(yi)在其他行(hang)業的在🥵線(xian)🌍校🔞準方法(fa)👅、國内外研(yan)究現狀及(ji)應用前景(jing)，分析了現(xian)場校準方(fang)法與裝置(zhi)的🥰基本原(yuan)理和特點(dian)。利用 便攜(xie)式超聲流(liu)量計 準确(que)度高、安裝(zhuang)方便的特(te)點，提出了(le)基于現場(chang)比對方法(fa)用于水利(li)行業開展(zhan)校準技術(shu)研究，并重(zhong)點闡述便(bian)攜式超聲(sheng)流量計用(yong)于液體流(liu)量計實流(liu)在線校準(zhun)的技術要(yao)求、測量過(guo)程和計算(suan)方❤️法r可爲(wei)今後有效(xiao)開展計量(liang)校準工作(zuo)提供切實(shi)可靠的基(ji)礎。
1流量計(ji)的計量與(yu)校準
　　水量(liang)計量是進(jin)行水資源(yuan)宏觀調控(kong)和微觀管(guan)理的重要(yao)基礎性技(ji)術措施，但(dan)以往水利(li)行業計量(liang)工作基礎(chu)薄弱，涉及(ji)水量計量(liang)的有關技(ji)術标準、标(biao)準化裝置(zhi)、量💃值傳遞(di)和溯源問(wen)題十分突(tu)出。我國擁(yong)有大量的(de)流量計測(ce)儀器，而普(pu)遍缺少校(xiao)準設🏒備，尤(you)其是管道(dao)流量計的(de)在線校準(zhun)與檢定規(gui)程在水利(li)行業🙇🏻還是(shi)一個空🙇‍♀️白(bai)，計量的正(zheng)确率問題(ti)PR待解決。根(gen)據國家強(qiang)制性标準(zhun)《用能單位(wei)能源計量(liang)器具配備(bei)和管理通(tong)則》(GB17167-2006)的要求(qiu)及相關的(de)計量法規(gui)，作爲結算(suan)的流量計(ji)，都需要進(jin)行周期🏃‍♀️檢(jian)定。但是，法(fa)規中的檢(jian)定周🌈期并(bing)不能保證(zheng)在用流量(liang)計的正确(que)率。由于使(shi)用場合和(he)介質的複(fu)雜性，很多(duo)流量計還(hai)沒有到檢(jian)定周期就(jiu)已經超差(cha)，因此需要(yao)通過采用(yong)現場校準(zhun)的核查方(fang)式來保證(zheng)流量計量(liang)的正确率(lü)。
　　校準(calibration)有時(shi)也稱标定(ding)或校驗。以(yi)前流量儀(yi)表業内對(dui)流量值傳(chuan)遞💰性質的(de)校準習慣(guan)用“标定”，水(shui)工業内習(xi)稱“率定”，用(yong)戶對判别(bie)🈲準确度性(xing)質的校準(zhun)過程稱爲(wei)“校驗”，現📱在(zai)這些名稱(cheng)漸趨一緻(zhi)，改用“校準(zhun)”。流量計的(de)☀️流量校準(zhun)有直接測(ce)量法和間(jian)接測量法(fa)兩種方法(fa)👄，校準方式(shi)分爲離線(xian)和現場在(zai)線檢測兩(liang)種方式。
　　直(zhi)接測量法(fa)亦稱實流(liu)校準法，以(yi)實際流體(ti)流過被校(xiao)驗儀表，再(zai)😄用别的标(biao)準裝置(标(biao)準流量計(ji)或流量标(biao)準計量器(qi)具)測出流(liu)體🍓的流量(liang)與被校儀(yi)表的流量(liang)值作比較(jiao)，也稱爲濕(shi)法标定(wetcalibration)。實(shi)流校準法(fa)獲得的流(liu)量值既✍️可(ke)靠又準确(que)，爲目前許(xu)多流量儀(yi)表(如 電磁(ci)流量計 、容(rong)積式流量(liang)計、 渦輪流(liu)量計 等)所(suo)采用，而且(qie)作爲檢測(ce)标準流量(liang)的方法。制(zhi)造廠在流(liu)量計出廠(chang)前均以實(shi)流校準法(fa)在流量校(xiao)準标準裝(zhuang)置(有時簡(jian)稱流量标(biao)準裝置或(huo)流量校準(zhun)裝置)上完(wan)成流量量(liang)值傳遞過(guo)程。流量校(xiao)準标準裝(zhuang)置是按照(zhao)有關标準(zhun)和檢定規(gui)定建立的(de)，并由國家(jia)授權的專(zhuan)門機構認(ren)定，能作流(liu)✉️量量值傳(chuan)遞的裝置(zhi)，是提供流(liu)量量值🏃‍♂️的(de)校準設備(bei)，其量值可(ke)溯源到質(zhi)量、時間和(he)溫度的國(guo)家❄️計量基(ji)準量。從計(ji)量學意義(yi)上，在😍線實(shi)流校準最(zui)符合正确(que)率、一緻性(xing)、溯源性和(he)實驗♋性等(deng)計量特點(dian)。
　　幹法校準(zhun)是一種間(jian)接校準法(fa)，是以測量(liang)電磁流量(liang)傳感✂️器的(de)流通面積(ji)、結構尺寸(cun)和磁通密(mi)度B等參數(shu)來計算流(liu)❌量值。幹法(fa)校準是在(zai)20世紀70年代(dai)以解決大(da)口徑電磁(ci)流量計無(wu)法實現實(shi)流校準🈲的(de)校準方法(fa)，在日本曾(ceng)🛀🏻作爲工業(ye)标準《應用(yong)🏃‍♀️電磁流量(liang)計測量流(liu)量的方法(fa)》這類專用(yong)儀器💃🏻的應(ying)用現在已(yi)從水行業(ye)❤️擴展到石(shi)油北工等(deng)流程工業(ye)。
　　目前國内(nei)對幹法校(xiao)準進行了(le)一定的研(yan)究，如浙江(jiang)🔞大學重點(dian)分♊析了渦(wo)電場測量(liang)法與面權(quan)重函數法(fa)兩種新型(xing)幹标✉️定方(fang)法的測量(liang)原理、特點(dian)及實現方(fang)法;上海地(di)區探索和(he)制定了“在(zai)線檢驗法(fa)”，積累了多(duo)台大口徑(jing)電磁流量(liang)🙇‍♀️計檢查經(jing)驗，正在制(zhi)訂《電磁流(liu)🈲量儀在線(xian)校驗規範(fan)》地方行業(ye)性标準📐’廣(guang)州市自來(lai)水公司還(hai)起草🐅了中(zhong)華人民共(gong)和國城鎮(zhen)建設行業(ye)标準《管道(dao)式電磁🔞流(liu)量計在線(xian)校準規程(cheng)》(征求意見(jian)💘稿💃🏻)41，等等。但(dan)是幹法校(xiao)💜準多用來(lai)檢修或📐判(pan)别電磁流(liu)量讨一傳(chuan)感器有關(guan)技術參數(shu)的變化對(dui)測量精度(du)🆚的影響。因(yin)爲這種🈲方(fang)法不直觀(guan)，不能直接(jie)反映管道(dao)的中水流(liu)量。
2現場校(xiao)準方法與(yu)裝置
　　在江(jiang)河湖泊的(de)管道取水(shui)計量設備(bei)主要采用(yong)電磁流量(liang)🚶計或 超聲(sheng)波流量計(ji) ，而檢測流(liu)量的傳感(gan)器(包括渦(wo)輪、差壓、容(rong)積和質量(liang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼等💁其他類(lei)型的流量(liang)計)安裝在(zai)管道内，不(bu)便于拆卸(xie)或受工況(kuang)的影響根(gen)本無法拆(chai)卸，如大型(xing)輸水管不(bu)允許停🌏水(shui)，大口徑流(liu)量💜計設備(bei)安裝複雜(za)，體積大、重(zhong)🔴量大難以(yi)運輸送檢(jian)等。流量計(ji)廣泛應用(yong)💚于水量計(ji)量和公用(yong)事業，按規(gui)定必須在(zai)受控狀态(tai)下運行和(he)定期校準(zhun)。如何對越(yue)來越多的(de)大管徑、大(da)流量的液(ye)體流量計(ji)進行現場(chang)在線實流(liu)校準，成爲(wei)一個意義(yi)📱重大的問(wen)題。因此，水(shui)利行業開(kai)展現場在(zai)💁線校準技(ji)術研究是(shi)🥰很有必要(yao)的，也是非(fei)常具有挑(tiao)戰性的任(ren)👨‍❤️‍👨務。
　　流量計(ji)的現場校(xiao)準和驗證(zheng)實際上是(shi)在現場針(zhen)對流量💛測(ce)🌈量系💋統(包(bao)括流量計(ji)、前後連接(jie)管道、介質(zhi)流動狀态(tai)等⛱️)的檢✉️測(ce)運作，目前(qian)我國尚沒(mei)有明确的(de)在線檢定(ding)⁉️的計量法(fa)規，現場在(zai)線校準方(fang)法與技術(shu)研究有望(wang)爲流量計(ji)在線檢定(ding)開拓出一(yi)個可供借(jie)鑒與參考(kao)的有效途(tu)徑。
2.1現場校(xiao)準方法與(yu)常用标準(zhun)裝置
　　目前(qian)采用現場(chang)在線校準(zhun)的方法有(you)流量标準(zhun)裝置法和(he)示蹤法，流(liu)量标準裝(zhuang)置法又分(fen)爲固定安(an)裝的✌️基地(di)式和🈚移動(dong)式，其體系(xi)如圖1所示(shi)。
2.1.1基地式流(liu)量标準裝(zhuang)置
(1)标準體(ti)積管。一般(ban)采用一套(tao)體積管流(liu)量标準裝(zhuang)置和相應(ying)的切換閘(zha)閥，就可實(shi)施流量計(ji)的定時輪(lun)換在線校(xiao)準。如圖2所(suo)示，關閥1，開(kai)閥2，流體經(jing)待校流量(liang)計🔱後進人(ren)标準體🌍積(ji)管實現在(zai)線校準。國(guo)内原油貿(mao)易計量基(ji)本🐕實行了(le)這種方法(fa)。
(2)标準流量(liang)計。固定安(an)裝标準流(liu)量計系統(tong)組成與圖(tu)2相似，隻是(shi)🙇🏻用标準流(liu)量計替代(dai)圖中的标(biao)準體積管(guan)。很明顯，基(ji)地式流量(liang)标準裝置(zhi)需要在管(guan)道上預留(liu)較多的連(lian)接管線和(he)切換控制(zhi)閘閥等輔(fu)助設備，有(you)些類型流(liu)量計購置(zhi)費較低，但(dan)🎯其輔助設(she)備費用會(hui)大大超過(guo)流量計本(ben)身購置費(fei)，這種現場(chang)校準裝置(zhi)實際上在(zai)大部分取(qu)排水管道(dao)上是不具(ju)備的。

2.1.2移動式流(liu)量标準裝(zhuang)置
　　移動式(shi)與基地式(shi)的基本相(xiang)同，隻不過(guo)标準裝置(zhi)是由專用(yong)的汽車或(huo)拖車裝載(zai)，移動式車(che)載流量标(biao)準裝置靈(ling)活性高，到(dao)現✂️場檢定(ding)方便，但裝(zhuang)置設備費(fei)用較高。
2.2示(shi)蹤法
　　在現(xian)場應用示(shi)蹤法校準(zhun)流量計國(guo)際上已相(xiang)當成🥵熟，早(zao)🈲在20世紀70年(nian)代就頒發(fa)了國際标(biao)準ISO2975一(1一7)《封(feng)閉管☔道中(zhong)水流量測(ce)量—示蹤法(fa)》，标準規定(ding)了用放射(she)性示蹤劑(ji)或非放射(she)性示蹤劑(ji)的實施方(fang)法和要求(qiu)。示蹤法測(ce)量的基本(ben)工作💜原理(li)有兩類:一(yi)是恒速注(zhu)人法☎️(也有(you)稱稀釋法(fa))，是在管道(dao)的液體中(zhong)恒速注人(ren)示蹤✔️劑，然(ran)後測量㊙️示(shi)💁蹤劑沿管(guan)道長度方(fang)向的稀釋(shi)比例，按擴(kuo)散稀釋理(li)論🔞計算流(liu)量;二是示(shi)蹤劑瞬時(shi)注人，然後(hou)測量示蹤(zong)物流經一(yi)段距離所(suo)需的🔞時間(jian)計算流量(liang)，稱爲傳輸(shu)時間法。傳(chuan)輸時間示(shi)蹤法也使(shi)用于♉明渠(qu)流、非滿管(guan)流或疑有(you)沉澱物的(de)滿管流的(de)流量😄校準(zhun)。
　　近些年國(guo)内也在探(tan)索示蹤法(fa)，試圖在線(xian)校準大口(kou)徑水流量(liang)☁️計。
但是，化(hua)學試劑和(he)同位素示(shi)蹤劑污染(ran)環境，破壞(huai)水質🐆，在水(shui)行業一般(ban)很少采用(yong)。
2.3現場比對(dui)法
　　現場“流(liu)量比對”是(shi)指流量計(ji)在現場與(yu)其他“參照(zhao)流量”進行(hang)🔞比⭐較，例如(ru)臨時夾裝(zhuang)的超聲波(bo)流量計的(de)測量值、流(liu)人💚管系中(zhong)已🛀🏻丈量過(guo)容量的液(ye)體體積等(deng)都可作爲(wei)💞“參照流㊙️量(liang)”。關于現場(chang)校準、比對(dui)和驗證等(deng)名詞的含(han)義，可參看(kan)相關文獻(xian)的标準定(ding)義🛀🏻，不再贅(zhui)述💯。實踐中(zhong)許多專業(ye)人員探索(suo)出多種現(xian)場比對的(de)方法和間(jian)接檢查方(fang)法，主要有(you)以下3種類(lei)型:
(1)利用流(liu)程中存儲(chu)容器、工作(zuo)容器、水池(chi)或衡器的(de)容器衡💛器(qi)法比對。水(shui)池容積比(bi)對法是供(gong)水企業經(jing)常采用的(de)方法，制水(shui)廠利用大(da)容積清水(shui)池的有利(li)條件，可獲(huo)得較高🔴的(de)比對精度(du)。
(2)在待測流(liu)量計的管(guan)線預留位(wei)置，以備接(jie)人參比流(liu)量計的流(liu)量計比對(dui)法。
(3)外敷式(shi)超聲換能(neng)器的超聲(sheng)流量計比(bi)對法。外敷(fu)式🌂亦稱外(wai)貼式、外夾(jia)式、捆綁式(shi)，超聲波流(liu)量計是流(liu)量測量最(zui)有🥵發展🐕前(qian)途的三種(zhong)途徑之一(yi):特别是國(guo)外已有産(chan)🐅品測量精(jing)度誤差<土(tu)0.5%，這有利于(yu)高精度的(de)對比檢測(ce)與現場在(zai)線㊙️校準系(xi)統的建立(li)，方便計量(liang)檢定部門(men)到現場校(xiao)準檢測。
3運(yun)用便攜式(shi)超聲波流(liu)量計實現(xian)在線校準(zhun)
　　利用便攜(xie)外敷式換(huan)能器超聲(sheng)流量計比(bi)對使用中(zhong)的流量計(ji)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，在供水業(ye)應用十分(fen)普遍。便攜(xie)式超聲波(bo)流量計既(ji)是一種外(wai)敷式又是(shi)一種便攜(xie)式的流量(liang)計量器具(ju)，比較适用(yong)于大口徑(jing)流量計的(de)現場在線(xian)檢測和校(xiao)準，可供水(shui)利行業的(de)相關檢測(ce)參考借鑒(jian)。這裏對有(you)關的原理(li)、方法和設(she)備等進行(hang)歸納和闡(chan)述。
3.1外敷式(shi)換能器超(chao)聲流量計(ji)比對法原(yuan)理
　　其原理(li)是:将準确(que)度較高的(de)便攜式超(chao)聲波流量(liang)計作爲🥰标(biao)準器具，安(an)裝在被測(ce)管道上進(jin)行檢測，然(ran)後💔将測量(liang)值🍓和被🔱檢(jian)流✊量計的(de)采集數據(ju)進行比對(dui)，根據比對(dui)結果計算(suan)被檢流量(liang)計的誤差(cha)，誤差二(測(ce)量值一标(biao)準值)/标準(zhun)值，再利用(yong)計算的相(xiang)對💋誤差調(diao)整被檢流(liu)量計的系(xi)數，使被檢(jian)流量計與(yu)便攜式超(chao)聲💛波流量(liang)計顯🥵示流(liu)量數據一(yi)緻🛀，以達到(dao)校準被檢(jian)流量計的(de)效果。
3.2标準(zhun)流量計的(de)技術要求(qiu)
　　在線校準(zhun)采用的便(bian)攜式超聲(sheng)流量計應(ying)具有國家(jia)法定計量(liang)檢定機構(gou)出具的檢(jian)定證書，便(bian)攜式超聲(sheng)❄️流量計的(de)安裝❤️、使用(yong)應嚴♉格按(an)其操作使(shi)用說明書(shu)進行，應符(fu)合《超聲流(liu)量🐉計檢定(ding)規程》(JJG1030-2007)附⁉️錄(lu)D的要求}lo;。
在(zai)線校準用(yong)的其他輔(fu)助設備，如(ru)卷尺、測厚(hou)儀、秒表等(deng)計量器具(ju)均應具有(you)有效的檢(jian)定證書，被(bei)校流量⚽計(ji)應附有使(shi)用說明😘書(shu)，周期校準(zhun)的流量計(ji)還應有前(qian)次的校準(zhun)證書。現場(chang)❌校準時溫(wen)度、濕🌐度、外(wai)界磁場🏃‍♂️、機(ji)械振動等(deng)環境條🧑🏽‍🤝‍🧑🏻件(jian)，應符合開(kai)展現場校(xiao)準的環境(jing)條件要求(qiu)，同時明确(que)測量介質(zhi)及工👈作狀(zhuang)态、介質溫(wen)度等工況(kuang)參⛹🏻‍♀️數，了解(jie)被校流量(liang)儀表工作(zuo)狀态和參(can)數設置，确(que)認可以開(kai)展🌈現場校(xiao)準🔴。
3.3測量過(guo)程及計算(suan)方法
(1)管徑(jing)測量。用量(liang)具分别在(zai)換能器安(an)裝位置附(fu)近的同一(yi)🔞截面上大(da)緻等角分(fen)布測量n次(ci)外直徑，或(huo)測量幾次(ci)外周🏃‍♀️長推(tui)算出外直(zhi)徑，其平均(jun)值D按式(1)計(ji)算:

式中:n爲(wei)測量次數(shu)，n≥4;D爲第i點測(ce)得的管道(dao)外直徑或(huo)推算出的(de)🔴外直徑。
(2)壁(bi)厚測量。在(zai)換能器安(an)裝位置均(jun)布5個點，使(shi)用測厚儀(yi)💋測量管道(dao)壁厚，并取(qu)其平均值(zhi)。對無法測(ce)量的參數(shu)，如管道材(cai)質、襯裏🏒材(cai)料、厚度等(deng)，根據現場(chang)技術資料(liao)查明并确(que)認。
(3)标準表(biao)安裝。将上(shang)述管道參(can)數輸人标(biao)準表内，得(de)出❗換能器(qi)安裝距離(li)。在安裝标(biao)準表管段(duan)上畫線定(ding)位，确定換(huan)能器的位(wei)置。清理已(yi)定安裝位(wei)置附近的(de)管壁，将管(guan)壁上的油(you)漆、鐵鏽、污(wu)垢🤟等清除(chu)🎯幹淨，露出(chu)管道材質(zhi)，打磨光滑(hua)。在換能器(qi)表面均勻(yun)塗以禍合(he)劑，換能器(qi)上标志對(dui)準安裝⚽位(wei)置，使其發(fa)射面與管(guan)壁緊密接(jie)觸，并📞固定(ding)在管道上(shang)。将換能器(qi)信号傳輸(shu)電纜連接(jie)到轉換器(qi)上，按要🛀🏻求(qiu)将信号調(diao)試到最佳(jia)狀态。
(4)計量(liang)性能校準(zhun)。在一定的(de)時間内分(fen)别讀取被(bei)校流量計(ji)📐和👄标準表(biao)的流量示(shi)值，分别按(an)式(2)~式(4)計算(suan)被校流量(liang)☔計的示值(zhi)誤差和重(zhong)複性:

　　式中(zhong):E。爲流量計(ji)每個流量(liang)點每次校(xiao)準的相對(dui)示值👌誤差(cha);qij爲💞第i流量(liang)點第j次校(xiao)準時的流(liu)量計示值(zhi)(瞬時值或(huo)累積值);(qs)。爲(wei)第i流量點(dian)第j次校準(zhun)時的标準(zhun)表示值(瞬(shun)時🛀🏻值或累(lei)🔴積值);Ei爲被(bei)校流量計(ji)第i流量點(dian)示值誤差(cha);(Er):爲被校流(liu)量計第i流(liu)量點重複(fu)性。
　　流量點(dian)一般選擇(ze)1~3個，每個流(liu)量點校準(zhun)3次。每次校(xiao)準⛹🏻‍♀️時，同✔️時(shi)讀取并記(ji)錄流量計(ji)和标準表(biao)的示值，比(bi)對标定法(fa)必須保證(zheng)比對過程(cheng)中時間的(de)同步。若讀(du)取的數值(zhi)爲瞬時值(zhi)，則至少讀(du)取20個數值(zhi)，取其平均(jun)值;若讀取(qu)的數值爲(wei)累積值，則(ze)應⭐保證大(da)于最小讀(du)數的1000倍或(huo)讀取至少(shao)20min。的累積值(zhi)。
　　便攜式超(chao)聲波流量(liang)計在實際(ji)應用中具(ju)有不可替(ti)代的優勢(shi):可實現不(bu)斷流測量(liang)，設備體積(ji)小，便于攜(xie)帶，安裝方(fang)便;外敷式(shi)探頭，不幹(gan)擾流場，無(wu)壓力損失(shi)🧡;儀表無可(ke)動及易損(sun)部件，穩定(ding)性好;适用(yong)範圍廣，可(ke)用于各種(zhong)類型流量(liang)計的在線(xian)✌️比對;适應(ying)性強，可用(yong)于不同管(guan)徑、不同介(jie)質(高溫、高(gao)壓、易爆、高(gao)勃度、強腐(fu)蝕、放射性(xing)高)的比對(dui)，标準表價(jia)格基本與(yu)所測管徑(jing)🥵無關，性價(jia)比高。
　　但是(shi)，便攜式超(chao)聲波流量(liang)計受其自(zi)身測量方(fang)式的限制(zhi)，測量精度(du)受到很多(duo)外界因素(su)的影響，人(ren)爲因素對(dui)測量❄️的影(ying)響較大，對(dui)專業檢測(ce)人員的技(ji)術性和經(jing)驗性要求(qiu)很強、操作(zuo)要求很高(gao)，還需要在(zai)實踐中進(jin)一步積累(lei)經驗，形成(cheng)技術規範(fan)。
4結論
　　現場(chang)校準方法(fa)是計量技(ji)術發展的(de)趨勢，特别(bie)是運🏒用便(bian)攜式超聲(sheng)波流量計(ji)開展在線(xian)流量計的(de)校準🔴是可(ke)行的方法(fa)，能極大地(di)方便現場(chang)計量校準(zhun)工作，有效(xiao)降低計量(liang)方面的👌資(zi)金消耗，易(yi)于推廣應(ying)用。資料表(biao)明，通過開(kai)展流量計(ji)量儀表現(xian)場校準技(ji)術的🔞研究(jiu)與應用，可(ke)以提高計(ji)量檢測水(shui)平，達到周(zhou)期性計量(liang)檢定的目(mu)♋的，使在線(xian)流量計測(ce)量數據準(zhun)确可靠，隻(zhi)要準确操(cao)作，盡量減(jian)少随機誤(wu)差和附加(jia)誤差，是可(ke)以達到國(guo)家有🏃🏻關部(bu)門對于工(gong)業🌍及民用(yong)水計量準(zhun)确度✉️要求(qiu)的。

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