江河管道取水流量計(jì)現(xiàn)場計(jì)量校準(zhǔn)方法探討王黎;戴能武;吳新生;石正國【摘要】為促進(jìn)水資源的合理開發(fā)利用,加強(qiáng)取水計(jì)量設(shè)施規(guī)范管理，開展流量計(jì)量設(shè)施校準(zhǔn)有其現(xiàn)實(shí)性和必要性.采用標(biāo)準(zhǔn)表法對(duì)流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，介紹了現(xiàn)場液體流量計(jì)的校準(zhǔn)方法、原理；應(yīng)用誤差理論，提出了現(xiàn)場計(jì)量校準(zhǔn)測量偏差控制范圍；通過實(shí)例分析，證明了標(biāo)準(zhǔn)表法比對(duì)試驗(yàn)?zāi)軡M足現(xiàn)場計(jì)量設(shè)施校準(zhǔn)要求，并提出進(jìn)一步研究的思路.可為編制管道取水流量計(jì)的現(xiàn)場計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供參考.【期刊名稱】《人民長江》【年(卷)，期】2012(043)024【總頁數(shù)】4頁(P21-24)【關(guān)鍵詞】流量計(jì)量;現(xiàn)場校準(zhǔn);水資源利用;江河管道【作者】王黎;戴能武;吳新生;石正國【作者單位】長江科學(xué)院檢測中心，湖北武漢430010【正文語種】中文【中圖分類】TV213江河管道取水計(jì)量主要采用液體流量計(jì)，包括電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)。由于已安裝在管道上的在線使用的大口徑液體流量計(jì)設(shè)備安裝復(fù)雜，自動(dòng)化操作程度高，而且大多由于不能停止取水和不方便拆卸等原因難以做到按期進(jìn)行周期檢定，而液體流量計(jì)的準(zhǔn)確性又直接關(guān)系到國家水資源管理制度的落實(shí)和需水方的經(jīng)濟(jì)利益及取水費(fèi)用核算的準(zhǔn)確性。因此，液體流量計(jì)流量計(jì)量系統(tǒng)的現(xiàn)場校準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)編制成為水資源管理亟待解決的技術(shù)難題。本文以插入式超聲流量計(jì)為例，通過現(xiàn)場試驗(yàn)研究，提出現(xiàn)場計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù)方法;結(jié)合測量誤差理論，提出現(xiàn)場計(jì)量校準(zhǔn)精度控制方法，從而為編制管道取水流量計(jì)現(xiàn)場計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。1校驗(yàn)方法1.1標(biāo)準(zhǔn)表法采用高準(zhǔn)確度便攜式超聲流量計(jì)作為外夾式標(biāo)準(zhǔn)表，與被校驗(yàn)的流量計(jì)相串聯(lián);流體依次流過二者，比較二者的示值，確定被校表的誤差，以達(dá)到檢測流量計(jì)準(zhǔn)確性的目的。該使用方法的裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，典型應(yīng)用如圖1所示。管道中便攜式超聲流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表安裝在被校流量計(jì)上游處，中間裝有流動(dòng)調(diào)整器，流量調(diào)節(jié)閥安裝在被校流量計(jì)的后直管段上，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流體的流量達(dá)到所需要的校準(zhǔn)流量值。流動(dòng)調(diào)整器是抑制上游各種裝置（如開關(guān)閥門、渦輪流量計(jì)等）對(duì)流場產(chǎn)生較大影響的設(shè)備。通過現(xiàn)場調(diào)研，取用水戶視流場影響程度，有的加裝了流動(dòng)調(diào)整器，有的沒有加裝［1］。圖1標(biāo)準(zhǔn)表法1.2現(xiàn)場傳感器安裝方法通常定義聲路數(shù)量等于1為Z法，聲路數(shù)量等于2為V法，聲路數(shù)量等于3為W法。奇數(shù)傳輸（對(duì)角線模式，Z法、W法）中，傳感器應(yīng)安裝在管路的相對(duì)側(cè);偶數(shù)傳輸（反射模式，V法）中，傳感器應(yīng)安裝在管路的同一側(cè)。見圖2。傳輸路徑數(shù)的增加意味著測量精度的提高，但傳輸距離的增加也會(huì)導(dǎo)致更大的信號(hào)衰減。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，管徑在DN500mm以內(nèi)，用V法為宜;管徑在DN500~DN800mm范圍，V法、Z法并存使用;管徑在DN800mm以上，用Z法為宜。由于使用年限較長的管道，其管壁反射以及管道內(nèi)壁沉積物均會(huì)引起聲信號(hào)衰減，因此對(duì)使用年限在2a以上的管道，宜使用Z法進(jìn)行傳感器安裝測試，以保證校準(zhǔn)精度。圖2聲路徑和傳感器距離A1.3現(xiàn)場校驗(yàn)布置1.3.1流量點(diǎn)布置液體流量計(jì)流量校準(zhǔn)點(diǎn)布置為qmin，qt(一般流量)，0.4qmax，qmax。當(dāng)檢定點(diǎn)小于qmin時(shí)，該檢定點(diǎn)可取消。現(xiàn)場校準(zhǔn)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定流量校準(zhǔn)點(diǎn)。每個(gè)流量點(diǎn)校準(zhǔn)3次?，F(xiàn)場無法調(diào)節(jié)流量時(shí)可采用在不同的時(shí)段進(jìn)行校準(zhǔn)，流量點(diǎn)一般選擇1~3個(gè)，且在一次實(shí)驗(yàn)過程中，瞬時(shí)流量的最大變化不得超過5%[2]。1.3.2校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備工作校準(zhǔn)測量點(diǎn)選擇。校準(zhǔn)測量點(diǎn)應(yīng)選擇在保證上游直管段大于10DN，下游直管段大于5DN的位置。若上游直管段長度不能滿足10DN時(shí)，則標(biāo)準(zhǔn)表安裝直管段長度最短距離不能小于5DN，同時(shí)做好記錄備案;以便下次同工況校準(zhǔn)時(shí)與上次對(duì)比進(jìn)行誤差分析。標(biāo)準(zhǔn)表參數(shù)采集。標(biāo)準(zhǔn)表需輸入傳感器安裝部位的管道外直徑、管道壁厚、水的溫度以及傳感器安裝方式等內(nèi)容。傳感器安裝。將采集的信息輸入標(biāo)準(zhǔn)表，經(jīng)自動(dòng)計(jì)算得出傳感器安裝兩探頭之間距離。確定兩探頭安裝點(diǎn)后，用工具對(duì)測量點(diǎn)處進(jìn)行清理，直至見到管子的本色。在探頭上涂抹耦合劑，然后用鎖緊裝置將探頭固定在測量點(diǎn)上。1.3.3測量信號(hào)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)表及傳感器安裝完后，觀察測量信號(hào)，根據(jù)信號(hào)大小，微調(diào)探頭位置，直到測量信號(hào)處于最大。1.3.4流量采集瞬時(shí)流量采集。標(biāo)準(zhǔn)表和被校表都進(jìn)入測量狀態(tài)后，同時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)表和被校表流量示值，每對(duì)數(shù)據(jù)在同一時(shí)刻讀取，時(shí)間間隔要求不大于2s，每次至少讀取20個(gè)數(shù)值作為1組。累積流量采集。標(biāo)準(zhǔn)表和被校表都進(jìn)入測量狀態(tài)后，同一時(shí)刻分別記下標(biāo)準(zhǔn)表和被校表的累積起始值，經(jīng)過10min后，同一時(shí)刻分別記下標(biāo)準(zhǔn)表和被校表的累積止碼值。每次采集，標(biāo)準(zhǔn)表的累積值等于止碼值減去起始值，被校表的累積值等于其累積值減去止碼值。校準(zhǔn)次數(shù)不少于3次。1.3.5標(biāo)準(zhǔn)表檢定要求根據(jù)《超聲流量計(jì)》(JJG1030-2007)要求，夕卜夾式超聲流量計(jì)應(yīng)盡量在管徑相同的條件下進(jìn)行標(biāo)定。如使用管徑與標(biāo)定管徑之比大于2或小于1/2，使用時(shí)應(yīng)增加0.5%的附加誤差［3］。2現(xiàn)場在線校準(zhǔn)誤差分析2.1流量計(jì)示值誤差計(jì)算式中，qij為第i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)時(shí)的被檢流量計(jì)示值(瞬時(shí)值)；(qs)ij為第i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)表示值(瞬時(shí)值)；Eij為第i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)時(shí)被檢流量計(jì)相對(duì)示值誤差。(2)流量點(diǎn)相對(duì)示值誤差Ei為(1)單次測量相對(duì)示值誤差Eij為式中，Ei為被檢流量計(jì)第i流量點(diǎn)相對(duì)示值誤差。(3)流量計(jì)相對(duì)示值誤差E為式中，|Ei|max為被檢流量計(jì)各流量點(diǎn)相對(duì)示值誤差中的最大值。流量計(jì)重復(fù)性(Er)i為式中，(Er)i為被檢流量計(jì)第i流量點(diǎn)的重復(fù)性。2.2測量偏差技術(shù)要求與標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)相比，被校流量計(jì)的測量偏差為式中，F(xiàn)i為本次檢驗(yàn)得到的第i流量點(diǎn)流量計(jì)系數(shù)平均值;F0i為第1次檢驗(yàn)得到的第i流量點(diǎn)流量計(jì)系數(shù)平均值:ei為流量計(jì)第i流量點(diǎn)測量偏差。被校流量計(jì)系數(shù)為式中，qsij為第i流量點(diǎn)第)次校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)示值;qij為第i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)被檢流量計(jì)示值;Fij為第i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)的系數(shù)。2.3校準(zhǔn)結(jié)果處理被校流量計(jì)的測量偏差e和重復(fù)性Er不得超過其準(zhǔn)確度等級(jí)對(duì)應(yīng)的允許值，或分別滿足公式，則判定為合格，。s為標(biāo)準(zhǔn)表最大允許誤差，。m為被校流量計(jì)最大允許誤差。3實(shí)例分析3.1現(xiàn)場試驗(yàn)2012年8月，在江西某電廠進(jìn)行了插入式超聲流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)試驗(yàn)，目的是校準(zhǔn)插入式超聲流量計(jì)工作精度是否滿足其技術(shù)指標(biāo)要求。電廠用的插入式超聲流量計(jì)安裝在外徑為1224mm，厚度為12mm的碳素鋼管上，其準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5,最大允許誤差為0.5%。采用FLUXUS外夾式流量計(jì)(作為標(biāo)準(zhǔn)表)與插入式流量計(jì)(作為被檢表)串聯(lián)連接，比對(duì)后的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算分析，判定插入式流量計(jì)是否合格。FLUXUS外夾式流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.3，最大允許誤差為0.3%，傳感器安裝在距離管道進(jìn)水口7m處。試驗(yàn)在1個(gè)流量點(diǎn)處分2次進(jìn)行，間隔2h;每次讀取3組數(shù)據(jù)，每組20個(gè)瞬時(shí)值，標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表同時(shí)讀數(shù)，單次校準(zhǔn)的相對(duì)示值誤差超過5%則舍去。數(shù)據(jù)計(jì)算分析見表1。表1流量計(jì)比對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析流量點(diǎn)/(m3-h-1)標(biāo)準(zhǔn)表平均示值qsij/(m3-h-1)被校流量計(jì)平均示值qij/(m3-h-1)被校流量計(jì)示值誤差/%被校流量計(jì)系數(shù)被校流量計(jì)測量偏差/單值平均值重復(fù)性(Er)i單值平均值%1590.111572.671573.072.512.260.220.99971.00520.44(第1次測量)1630.601616.542.121.00871591.971580.712.141.00711603.291596.501581.402.012.070.181.00951.0096(第2次測量)1648.171632.692.271.00951611.341595.791.931.00973.2數(shù)據(jù)結(jié)果處理由于FLUXUS外夾式超聲流量計(jì)在DN300管徑上檢定與在DN1200管徑上作為標(biāo)準(zhǔn)表使用，二者管徑之比小于1/2，則誤差分析時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表應(yīng)增加0.5%的附加誤差，即os=±0.8%,om=±0.5%。按公式對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行判斷，被校流量計(jì)測量偏差|e|=0.44%(小于0.94%);兩次試驗(yàn)的流量計(jì)重復(fù)性Er分別為0.22、0.18，按《超聲流量計(jì)JJG1030-2007標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定取大值，則Er=0.22。從被校流量計(jì)測量偏差、重復(fù)性Er結(jié)果看，雖然現(xiàn)場校準(zhǔn)的示值誤差較大，但兩次校準(zhǔn)的測量偏差較小，重復(fù)性也能滿足技術(shù)指標(biāo)要求。因此江西某電廠用的插入式超聲流量計(jì)運(yùn)行正常，可在周期校準(zhǔn)范圍內(nèi)使用。4結(jié)語采用便攜式超聲流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表對(duì)取用水戶安裝的流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，其方法、原理是可行的。但實(shí)際應(yīng)用的兩次校準(zhǔn)單次測量相對(duì)示值誤差較大，這與傳感器安裝條件、直管段長度和流體是否處于穩(wěn)定的流量狀態(tài)有關(guān)。要解決這些問題，還需進(jìn)一步研究現(xiàn)場取水戶流量計(jì)不同安裝工況的測試方法。總之，水資源管理與取水設(shè)施強(qiáng)制計(jì)量是分不開的，本文