5月6日是5月第1個(gè)工作日的到來(lái)，上海自動(dòng)化儀表有限公司AIIBS主要介紹了一種基于雙計(jì)時(shí)法的標(biāo)準(zhǔn)表法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，該裝置不僅可以用于檢測(cè)需要豎直試驗(yàn)管段的流量計(jì) ( 如液體浮子流量計(jì)) 、還可以用于檢測(cè)超低頻脈沖輸出的流量計(jì) ( 如液體容積式流量計(jì)) 。此 外，裝置配備高精度的電子天平用于標(biāo)準(zhǔn)表的溯源，免去大量拆裝工作。
1 簡(jiǎn)要
液體浮子流量計(jì)及其它類型的液體流量計(jì)，廣泛應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)裝置作為檢測(cè)液體流量計(jì)精度的設(shè)備，主要有質(zhì)量法、容積法和標(biāo)準(zhǔn)表法三種方法。其中標(biāo)準(zhǔn)表法對(duì)一些精度要求不高 ( 0. 5 級(jí)及以下) 的液體流量計(jì)和液體浮子流量計(jì)，具有投入低、測(cè)量范 圍 廣、效 率 高 的 優(yōu) 點(diǎn)，而被廣泛采用。
標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 ( 以下簡(jiǎn)稱 “裝置”)是以標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì) ( 可以是速度式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、臨界流流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和熱能表等)為標(biāo)準(zhǔn)器，使流體在相同時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)，比較兩者的輸出流量值，從而確定被檢流量計(jì)的計(jì)量性能。標(biāo)準(zhǔn)裝置主要由流體源、試驗(yàn)管路、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、計(jì)時(shí)器和控制系統(tǒng)等五部分組成［1］。
標(biāo)準(zhǔn)表法水流量標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)管段絕大多數(shù)都是水平管段，無(wú)法檢測(cè)類似于玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)等需要豎直試驗(yàn)管段的流量計(jì)。 ( 2) 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)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(biāo)準(zhǔn)裝置上去溯源，拆裝麻煩、工作量大。 ( 3) 對(duì)于檢測(cè)超低頻脈沖輸出的流量計(jì) ( 特別是容積式流量計(jì)) ，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，檢測(cè)效率低。
2 裝置的研制
蘇州市計(jì)量測(cè)試院于 2015 年建成一套包含質(zhì)量法、容積法和標(biāo)準(zhǔn)表法三種方法的水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，流量范圍: 1 ～ 1 000 m3 /h; 測(cè)量口徑: DN 15 ～ 250 mm。相關(guān)參數(shù)及用途見(jiàn)表 1。
近年來(lái)，隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置已經(jīng)無(wú)法滿足日常工作的需求，急需再增加一套。通過(guò)對(duì)近幾年客戶送檢較多的流量計(jì)做統(tǒng)計(jì)，主要為口徑從 DN 15 ～ 100 mm、準(zhǔn)確度等級(jí)為1. 0 級(jí)及以下的液體渦輪流量計(jì)和電磁流量計(jì)，再加之液體浮子流量計(jì)的送檢量不斷增大，因此建立一套標(biāo)準(zhǔn)表法的水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，比較符合現(xiàn)在的情況。該套裝置應(yīng)符合以下要求。
( 1) 具備豎直試驗(yàn)管段，用于檢測(cè)液體浮子流量計(jì)。
( 2) 為避免標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)表的溯源和期間核查。
( 3) 在被檢表和標(biāo)準(zhǔn)表端分別設(shè)置計(jì)時(shí)器，使用雙 計(jì) 時(shí) 法，用于檢校超低頻脈沖輸出的流量計(jì)。( 4) 考慮到需檢測(cè)小口徑 DN2 ～ DN10 的液體浮子流量計(jì)，裝置測(cè)量口徑為 DN2 ～ 100 mm、測(cè)量范圍為 5 ～ 100 000 L /h，裝置擴(kuò)展不確定度 Urel應(yīng)不大于 0. 25% ( k = 2) 。
根據(jù)以上要求，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)表法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，如圖 1 所示。
裝置控制由 PLC、水泵和變頻器共同實(shí)現(xiàn)。同 時(shí)，PLC 還承擔(dān)閥門開(kāi)關(guān)的控制和傳感器信號(hào)的采集。電控系統(tǒng)軟件部分分為上位機(jī)檢定系統(tǒng)和下位機(jī)控制系統(tǒng)。上位機(jī)由采用圖形化編輯語(yǔ)言的 LabVIEW 軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，其主要完成參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)處理、過(guò)程監(jiān)控等功能。下位機(jī)由可編程邏輯控制器 PLC 實(shí)現(xiàn)，主要功能是電機(jī)控制、傳感器信號(hào)采集、編碼器輸出脈沖采集、計(jì)時(shí)和閥門控制等。 3 雙計(jì)時(shí)檢測(cè)方法簡(jiǎn)介
3. 1 雙計(jì)時(shí)法原理
檢定流量下的示值誤差［2 － 4］
同一臺(tái)流量計(jì)，一般在同一流量點(diǎn)下，示值誤差認(rèn)為相同，則:
由式 ( 1) 和式 ( 2) 可得:
式中: Vc 為流量計(jì)脈沖當(dāng)量體積; N 為流量計(jì)脈沖數(shù); tn 為 N 對(duì)應(yīng)的測(cè)量時(shí)間; Qsc為 tn 時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體積。
由式 ( 3) 可知，流量計(jì)脈沖當(dāng)量體積與兩標(biāo)準(zhǔn)體積有關(guān)，或與兩測(cè)量時(shí)間有關(guān)，稱為雙計(jì)時(shí)測(cè)量法。
3. 2 檢測(cè)舉例
檢測(cè)一臺(tái)準(zhǔn)確度等級(jí) 1. 0 級(jí)、流量范圍為 1 ～ 10 m3 /h、低頻脈沖輸出的渦輪流量計(jì)，脈沖當(dāng)量體積 VC = 0. 126 8 L /P。根據(jù)渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程的要求［5］，“一次檢定中流量計(jì)輸出的脈沖數(shù)的測(cè)量結(jié)果由分辨率帶來(lái)的相對(duì)不確定度不大于被檢流量計(jì)非常大允許誤差絕對(duì)值的 1 /10”，當(dāng)檢測(cè)非常小流量點(diǎn) 1 m3 /h 時(shí)，脈沖數(shù)應(yīng)不小于 1 000 個(gè)，則每次檢測(cè)所需的時(shí)間:
當(dāng)每次檢測(cè)所采 集 的 脈 沖 數(shù) 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(cè)結(jié)果表明，在非常小流量點(diǎn)下，使用雙計(jì)時(shí)法檢測(cè)低頻脈沖輸出的流量計(jì)，在保證裝置非常短測(cè)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(yàn)結(jié)果與滿足規(guī)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( 示值誤差之差非常大為 0. 25% ) ，而檢測(cè)效率提高了約 7 倍。
4 裝置的不確定度評(píng)定
根據(jù) JJG 643—2003 《標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》，裝置的不確定度來(lái)源主要有標(biāo)準(zhǔn)表、檢定標(biāo)準(zhǔn)表的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置以及計(jì)時(shí)器。 4. 1 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的測(cè)量 A 類不確定度 u1本裝置由 6 臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)組成，相關(guān)信息及參數(shù)如表 3 所示。
據(jù)表 3 參數(shù)得:
4. 2 檢定標(biāo)準(zhǔn)表的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的 A 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u2
檢定標(biāo)準(zhǔn)表的質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置其擴(kuò)展不確定度 U = 0. 05% ( k = 2) ，則:
4. 3 計(jì)時(shí)器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
計(jì)時(shí)器 A 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度公式為
計(jì)時(shí)器 B 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度公式為:
裝置的非常短測(cè)量時(shí)間 tmin = 60 s，則:
被檢 表 端 計(jì) 時(shí) 器: u1A = 0. 000 5% ，u1B = 0. 000 6% ;
標(biāo) 準(zhǔn) 表 端 計(jì) 時(shí) 器: u2A = 0. 0004% ，u2B = 0. 000 6% 。
4. 4 裝置合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uc
由于標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)，則:
4. 5 裝置擴(kuò)展不確定度 Urel
5 結(jié)果：
? 基于雙計(jì)時(shí)法的標(biāo)準(zhǔn)表法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是建立在連續(xù)性方程的理論基礎(chǔ)之上，是解決被檢表和標(biāo)準(zhǔn)裝置不同步的一種新方案，特別適用于超低頻脈沖輸出的流量計(jì)檢定。在不顯著加大裝置擴(kuò)展不確定度的前提下，縮短檢定時(shí)間，提高檢定效率。本裝置還配備了豎直試驗(yàn)管段，可開(kāi)展液體浮子流量計(jì)的檢校工作。此外，在標(biāo)準(zhǔn)表后端增加電子天平，用于標(biāo)準(zhǔn)表的溯源和期間核查，避免經(jīng)常拆裝帶來(lái)的麻煩，降低標(biāo)準(zhǔn)表?yè)p壞的可能性。
