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贴片式超声波流量计的测量和在线标定方法
更新时间 2021-03-16 01:25:29
贴片式 超声波流量计的测量 和在线 标定 方法
水的计量 是水资源管理 、工业生产 和科学试验 的重要信息来源 ，是效益 考核 、节能环保 科学 评价 的管理 依据 。
水工 模型试验 对流量 的精确测量 和控制 也是水工 模型试验 研究 的重要 内容 ，它是模型模拟 自然 水流 条件 是否 相似 的基础 ，其精度 直接 关系 到模型试验 研究成果 的质量 ，而流量计 是水工 模型试验 研究 的关键 计量仪器，是国家 列入 强检目录 的计量器具 。
流量计 是一种 推论 ，影响 流量计 测量 的因素 很多 ，如：流体 的物理性质 、流动 特性 、现场 环境 、过程 要求 、计量仪器的安装 、维护 和经济 等。
考虑到 这些 因素 ，其发展趋势 有以下 3个特点 ：
(1)流量计 越来越 简明 了。
目前 ZUI 发展 迅速 ，应用 较多的电磁波 、超声流量计、机械结构 都非常 简练 ，管路 内无阻 流动 元件 。
(2)流量计 越来越 易于 安装 和使用 。
随着 自动化 水平 的提高 ，用户 更愿意 采用 易于 安装 维护 和使用 的产品 ，这也是插人 式、贴合式 流量计 销路 越来越好 的原因 。
三、流量计 的智能化 程度 日益 提高 。
微电子学 、计算机 及通讯技术 的迅速 发展 ，使得 各种 流量计 的功能 日趋完善 ，种类 繁多 ，具有 多种 自诊断 智能 功能 ，工况 参数 的实时 修正 ，数据 的快速 处理 ，模拟 /数字 兼容通信 等，许多 难以解决 的计算 与处理 问题 ，依靠 计算机技术 就可以迎刃而解 。
高效 流量计 的应用 是河工 模型 流量测量 控制 和计量校准 技术 不断 发展 和完善 的重要环节 。
新式 外贴 式超声波流量计，适用于 各种 材质 管路 流量 的测量 ，测量误差 不超过±1.0 %。
该仪器 体积小 ，重量轻 ，携带方便 ，可移动 测量 ，适合 各种 管路 流量计 的在线 计量 比对 校准 ，使用方便 。
超声流量计以长度 和时间 两个 基本物理量为基础 ，在流量测量 原理 的基础 上，可追溯 性强，预计 将超越 其它 原理 的流量计 ，成为 流量 标准 甚至 流量 基准 的载体 。
因此 ，本文 就应用 外贴 式超声波流量计测量 模型 管路 流量 及管路 流量计 实流在线 标定 技术 及如何 进行 比例尺 标定 进行 相应 的研究 与探讨 。
一、外贴 式超声波流量计在线 校准 方法
1.1 国际 、国内 检测 校准 现状 。
流量计量 仪表 的标定 方法 有直接 标定 和间接 标定 两种 ，标定 方法 分为 离线 标定 和在线 标定 。
直标法又称 实流法，是通过 被校验仪 测量 实际 流体 流量 ，然后 用其他 标准 仪器 (标准 流量计 或流量 标准 器)测量 流体 流量 ，并与被校验仪 的流量 值进行 比较 ，也称为 湿标。
用实流标定 法测定 流量 值可靠 、准确 ，是标准 流量检测的主要 方法 。
制造厂 家在流量计 出厂 前，均采用 实流标定 方法 ，在流量计 标定 装置 上完成 流量 值传递 过程 ，并可追溯 到国家 质量 、时间 和温度计量基准 。
在计量学 意义 上，在线 实流法符合 ZUI 的准确性 、一致性 、溯源性 和试验性 等计量 特性 。
联机 校验 也包括 干校验 (间接测量 )，即通过 测量 电磁 流量传感器 的流通 区域 、结构 尺寸 和磁通密度B等参数 来计算 流量 值。
然而 ，干式 校准 的通用性 并不强 ，一种 标准 只能 适用于 一家 厂家 的流量计 ，其局限性 很大 。
并且 该方法 不直观 ，不能 直接 反映 管路 中的流量 。
管道流量计一般 都存在 较大 管径 、较大 流量 难以 在线 校准 的问题 。
流量计 的在线 校准 服务 早已 按照 国际 通用 的质量 评定 体系 进行 产品 和体系** ，其中 具有 代表性 的ZUI 是IS 09 000 国际流量值的统一 ，它是通过 国际 上的装置 比对 实现 的。
而国内 目前 还没有 相应 的仪器 在线 校准 方法 ，也没有 一种 标准 流量计 ，其测量 精度等级 不低于 在线 流量计 的3倍。
为此 ，各供水 企业 应根据 自身 的实际情况 ，探索 切实可行 的在线 校准 检测 方法 。
1.2 贴片式 超声波流量计在线 校准 的可行性
河流 、湖泊 中取水 的河工 模型 和电磁流量计 (包括 各种 其它 类型 的管道流量计)需要 周期 校验 或维修 校验 ，受工况 影响 或不宜 频繁 拆卸 ，许多 方面 的问题 难以 离线 送检 。
外贴 式(也称外贴 式、外贴 式、捆绑式 )超声波流量计安装 传感器 时，不需要 管道 断流 ，也不需要 与介质 接触 ，即贴即用，仪器 的测量 和检修 不会 影响 管道 系统 。
运行 中充分体现 出安装简单 ，使用方便 的特点 。
水工 模型试验 规程 及许多 水利工程 中的流量计量 测量 ，只要 误差 在标准 流量 的±5%以内 ，*** 的外贴 式超声波流量计自身 测量误差 大于 ±1%，并可实现 一台 流量计 在多种 管径 、多种 材料 管道 上测量 ，一种 传感器 可测量 数十 毫米 至数千 毫米 的管径 范围 ，是一种 移动 测量 或以SHOU 选择 为标准表 在线 校准 的SHOU 选择 流量计 ，在当前 技术 条件 下，作为 大口径流量计 的在线 校准 是可行 的。
过去 模型 流量计 的自校正 需要 建立 量水堰 ，不但 使流量 给水管道复杂 ，增加 了工程成本，而且 校正 大流量的矩形 堰误差 在±3%左右 ，大大 低于 外贴 式超声流量计。
所以 ，利用 外贴 式超声流量计进行 在线比对校准 不仅 是可行 的，而且 可以 推动 计量检定 工作 的开展 。
1.3 标准 流量计 技术要求
用于 联机 检定 的外贴 式超声流量计，必须 由国家法定计量检定 机构 进行 检定 ，并取得 有效 的检定 证书 。
校验 流量计 应附有 使用说明书 ，定期 校验 的流量计 还应提供 前一次 校验 的证明 。
标定 测量 前，应了解 被检流量计 的工作 状况 和管路 状况 ，以及 现场 的温度 、湿度 、外场 磁场 、机械振动 等环境 条件 ，满足 开展 现场 标定 工作 条件 要求 ，以便 准确 设定 标准 流量计 的测量 参数 。
1.4 测量 程序 和校准 方法 。
(1)测量 管径 。
加料器 在传感器 安装 位置 附近 多次 测量 管道 的外周 长度 并取其平均值 推算 管道 的外径 。
(2)测量 壁厚。
用厚度计 对传感器 安装 位置 及周围 的管壁 厚度 进行 测量 ，取其平均值 。
三、标准 表格 的安装 。
必须 严格 按照 其使用说明书 操作 ，首先 要确定 安装 管段 的测量 位置 ，清理 管壁 ，然后 在传感器 和管道 测量点 表面 涂上耦合剂 ，使其发射 面与管壁 紧密 接触 ；仪表 安装完电源 后，要调整 输人管道 参数 (包括 材质 、粗糙度 、水温 等)，得出 传感器 的精确 安装 距离 。
4)计量 性能 的校验 。
分别 以式(1)~(3)的方式 ，在一定 时间 内读出 被检流量计 和标准表 的流量 示值 ，并计算 出示值误差和重复性 ：
其中 ，Eij为每一次 流量计 校准 所产生 的相对 示值
贴片式 超声波流量计的测量 和在线 标定 方法
公布 时间 ：2021 /1/615 :2220。
水的计量 是水资源管理 、工业生产 和科学试验 的重要信息来源 ，是效益 考核 、节能环保 科学 评价 的管理 依据 。
水工 模型试验 对流量 的精确测量 和控制 也是水工 模型试验 研究 的重要 内容 ，它是模型模拟 自然 水流 条件 是否 相似 的基础 ，其精度 直接 关系 到模型试验 研究成果 的质量 ，而流量计 是水工 模型试验 研究 的关键 计量仪器，是国家 列入 强检目录 的计量器具 。
流量计 是一种 推论 ，影响 流量计 测量 的因素 很多 ，如：流体 的物理性质 、流动 特性 、现场 环境 、过程 要求 、计量仪器的安装 、维护 和经济 等。
考虑到 这些 因素 ，其发展趋势 有以下 3个特点 ：
(1)流量计 越来越 简明 了。
目前 ZUI 发展 迅速 ，应用 较多的电磁波 、超声流量计、机械结构 都非常 简练 ，管路 内无阻 流动 元件 。
(2)流量计 越来越 易于 安装 和使用 。
随着 自动化 水平 的提高 ，用户 更愿意 采用 易于 安装 维护 和使用 的产品 ，这也是插人 式、贴合式 流量计 销路 越来越好 的原因 。
三、流量计 的智能化 程度 日益 提高 。
微电子学 、计算机 及通讯技术 的迅速 发展 ，使得 各种 流量计 的功能 日趋完善 ，种类 繁多 ，具有 多种 自诊断 智能 功能 ，工况 参数 的实时 修正 ，数据 的快速 处理 ，模拟 /数字 兼容通信 等，许多 难以解决 的计算 与处理 问题 ，依靠 计算机技术 就可以迎刃而解 。
高效 流量计 的应用 是河工 模型 流量测量 控制 和计量校准 技术 不断 发展 和完善 的重要环节 。
新式 外贴 式超声波流量计，适用于 各种 材质 管路 流量 的测量 ，测量误差 不超过±1.0 %。
该仪器 体积小 ，重量轻 ，携带方便 ，可移动 测量 ，适合 各种 管路 流量计 的在线 计量 比对 校准 ，使用方便 。
超声流量计以长度 和时间 两个 基本物理量为基础 ，在流量测量 原理 的基础 上，可追溯 性强，预计 将超越 其它 原理 的流量计 ，成为 流量 标准 甚至 流量 基准 的载体 。
因此 ，本文 就应用 外贴 式超声波流量计测量 模型 管路 流量 及管路 流量计 实流在线 标定 技术 及如何 进行 比例尺 标定 进行 相应 的研究 与探讨 。
一、外贴 式超声波流量计在线 校准 方法
1.1 国际 、国内 检测 校准 现状 。
流量计量 仪表 的标定 方法 有直接 标定 和间接 标定 两种 ，标定 方法 分为 离线 标定 和在线 标定 。
直标法又称 实流法，是通过 被校验仪 测量 实际 流体 流量 ，然后 用其他 标准 仪器 (标准 流量计 或流量 标准 器)测量 流体 流量 ，并与被校验仪 的流量 值进行 比较 ，也称为 湿标。
用实流标定 法测定 流量 值可靠 、准确 ，是标准 流量检测的主要 方法 。
制造厂 家在流量计 出厂 前，均采用 实流标定 方法 ，在流量计 标定 装置 上完成 流量 值传递 过程 ，并可追溯 到国家 质量 、时间 和温度计量基准 。
在计量学 意义 上，在线 实流法符合 ZUI 的准确性 、一致性 、溯源性 和试验性 等计量 特性 。
联机 校验 也包括 干校验 (间接测量 )，即通过 测量 电磁 流量传感器 的流通 区域 、结构 尺寸 和磁通密度B等参数 来计算 流量 值。
然而 ，干式 校准 的通用性 并不强 ，一种 标准 只能 适用于 一家 厂家 的流量计 ，其局限性 很大 。
并且 该方法 不直观 ，不能 直接 反映 管路 中的流量 。
管道流量计一般 都存在 较大 管径 、较大 流量 难以 在线 校准 的问题 。
流量计 的在线 校准 服务 早已 按照 国际 通用 的质量 评定 体系 进行 产品 和体系** ，其中 具有 代表性 的ZUI 是IS 09 000 国际流量值的统一 ，它是通过 国际 上的装置 比对 实现 的。
而国内 目前 还没有 相应 的仪器 在线 校准 方法 ，也没有 一种 标准 流量计 ，其测量 精度等级 不低于 在线 流量计 的3倍。
为此 ，各供水 企业 应根据 自身 的实际情况 ，探索 切实可行 的在线 校准 检测 方法 。
1.2 贴片式 超声波流量计在线 校准 的可行性
河流 、湖泊 中取水 的河工 模型 和电磁流量计 (包括 各种 其它 类型 的管道流量计)需要 周期 校验 或维修 校验 ，受工况 影响 或不宜 频繁 拆卸 ，许多 方面 的问题 难以 离线 送检 。
外贴 式(也称外贴 式、外贴 式、捆绑式 )超声波流量计安装 传感器 时，不需要 管道 断流 ，也不需要 与介质 接触 ，即贴即用，仪器 的测量 和检修 不会 影响 管道 系统 。
运行 中充分体现 出安装简单 ，使用方便 的特点 。
水工 模型试验 规程 及许多 水利工程 中的流量计量 测量 ，只要 误差 在标准 流量 的±5%以内 ，*** 的外贴 式超声波流量计自身 测量误差 大于 ±1%，并可实现 一台 流量计 在多种 管径 、多种 材料 管道 上测量 ，一种 传感器 可测量 数十 毫米 至数千 毫米 的管径 范围 ，是一种 移动 测量 或以SHOU 选择 为标准表 在线 校准 的SHOU 选择 流量计 ，在当前 技术 条件 下，作为 大口径流量计 的在线 校准 是可行 的。
过去 模型 流量计 的自校正 需要 建立 量水堰 ，不但 使流量 给水管道复杂 ，增加 了工程成本，而且 校正 大流量的矩形 堰误差 在±3%左右 ，大大 低于 外贴 式超声流量计。
所以 ，利用 外贴 式超声流量计进行 在线比对校准 不仅 是可行 的，而且 可以 推动 计量检定 工作 的开展 。
1.3 标准 流量计 技术要求
用于 联机 检定 的外贴 式超声流量计，必须 由国家法定计量检定 机构 进行 检定 ，并取得 有效 的检定 证书 。
校验 流量计 应附有 使用说明书 ，定期 校验 的流量计 还应提供 前一次 校验 的证明 。
标定 测量 前，应了解 被检流量计 的工作 状况 和管路 状况 ，以及 现场 的温度 、湿度 、外场 磁场 、机械振动 等环境 条件 ，满足 开展 现场 标定 工作 条件 要求 ，以便 准确 设定 标准 流量计 的测量 参数 。
1.4 测量 程序 和校准 方法 。
(1)测量 管径 。
加料器 在传感器 安装 位置 附近 多次 测量 管道 的外周 长度 并取其平均值 推算 管道 的外径 。
(2)测量 壁厚。
用厚度计 对传感器 安装 位置 及周围 的管壁 厚度 进行 测量 ，取其平均值 。
三、标准 表格 的安装 。
必须 严格 按照 其使用说明书 操作 ，首先 要确定 安装 管段 的测量 位置 ，清理 管壁 ，然后 在传感器 和管道 测量点 表面 涂上耦合剂 ，使其发射 面与管壁 紧密 接触 ；仪表 安装完电源 后，要调整 输人管道 参数 (包括 材质 、粗糙度 、水温 等)，得出 传感器 的精确 安装 距离 。
4)计量 性能 的校验 。
分别 以式(1)~(3)的方式 ，在一定 时间 内读出 被检流量计 和标准表 的流量 示值 ，并计算 出示值误差和重复性 ：
其中 ，Eij为每一次 流量计 校准 所产生 的相对 示值误差；qi j为第流量 点第j次校准 所产生 的流量 示值 (瞬时 或累积 值);(qs )ij为第i次流量 点第j次校准 所产生 的标准 示值 (瞬时 或累积 值);Ei为被校流量 点第i次流量 值误差 ；(Er )i为被校流量 点第i次流量 点重复值。
流量计 检测 出的测量 偏差 为。
IEiImax的公式 。
适用于 各流量计 校准 点测量 偏差 的ZUI 大值。
针对 现场 实际情况 ，确定 标定 流量 点，一般 选择 1~3个，每个 标定 流量 点3次。
每一次 校验 ，都读取 并记录 流量计 和标准表 的示值 。
(5)处理 校准 结果 。
校验 流量计 的测量 偏差 IEI 和E应分别 满足 式(5)和式(6)，否则 应采用 其他 方法 。
检查 流量计 或下线 送实验室 的标准 设备 是否 经过 检查 或校准 。
在公式 中，σ²s为标准 流量计 允许 的ZUI 大误差 ，而σ²s为被校正 流量计 允许 的ZUI 大误差 。
二、测量 和联机 校准 应用研究。
2.1 安装 有超声波流量计的测量设备。
a)测试 测量设备和性能 。
外贴 式超声波流量计采用 德国 生产 的新型 便携式 ，配单 组磁敏传感器 ，测量 。
管道直径范围 50 ~340 0m m；流速 范围 0. 01 ~25 m/s;0. 025 cm /s；重复 误差 为0. 15 %(视使用 情况 而定)；容积 流量 误差 (充分 发展 的、径向 对称 的流场 )。
管壁 厚度 测量 采用 超声 测厚仪 ，测量范围 为0.8 ~300mm，分辨率 为0. 1mm 。
采用 Krohne/DN 100 ~300 等5种规格 的电磁流量计 对模型 流量 进行 了测试 ，结果显示 ，测量误差 大于 0.5 %；采用 3个薄壁 量水堰 对模型 流量 进行 了测定 ，结果表明 ，测量误差 在1.5 %~3%之间 。
试验室 的流动 标准 装置 主要是高精确度 的。
误差；qi j为第流量 点第j次校准 所产生 的流量 示值 (瞬时 或累积 值);(qs )ij为第i次流量 点第j次校准 所产生 的标准 示值 (瞬时 或累积 值);Ei为被校流量 点第i次流量 值误差 ；(Er )i为被校流量 点第i次流量 点重复值。
流量计 检测 出的测量 偏差 为。
IEiImax的公式 。
适用于 各流量计 校准 点测量 偏差 的ZUI 大值。
针对 现场 实际情况 ，确定 标定 流量 点，一般 选择 1~3个，每个 标定 流量 点3次。
每一次 校验 ，都读取 并记录 流量计 和标准表 的示值 。
(5)处理 校准 结果 。
校验 流量计 的测量 偏差 IEI 和E应分别 满足 式(5)和式(6)，否则 应采用 其他 方法 。
检查 流量计 或下线 送实验室 的标准 设备 是否 经过 检查 或校准 。
在公式 中，σ²s为标准 流量计 允许 的ZUI 大误差 ，而σ²s为被校正 流量计 允许 的ZUI 大误差 。
二、测量 和联机 校准 应用研究。
2.1 安装 有超声波流量计的测量设备。
a)测试 测量设备和性能 。
外贴 式超声波流量计采用 德国 生产 的新型 便携式 ，配单 组磁敏传感器 ，测量 。
管道直径范围 50 ~340 0m m；流速 范围 0. 01 ~25 m/s;0. 025 cm /s；重复 误差 为0. 15 %(视使用 情况 而定)；容积 流量 误差 (充分 发展 的、径向 对称 的流场 )。
管壁 厚度 测量 采用 超声 测厚仪 ，测量范围 为0.8 ~300mm，分辨率 为0. 1mm 。
采用 Krohne/DN 100 ~300 等5种规格 的电磁流量计 对模型 流量 进行 了测试 ，结果显示 ，测量误差 大于 0.5 %；采用 3个薄壁 量水堰 对模型 流量 进行 了测定 ，结果表明 ，测量误差 在1.5 %~3%之间 。
试验室 的流动 标准 装置 主要是高精确度 的。
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