摘要:測量微小流量的流量計在很多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。如果某一臺計量計的示值精度受到懷疑，就有必要用簡單易行的方法對流量計進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)、比對，以消除疑慮。對特別重要的測量點，則在正式投運前就需進(jìn)行這樣的校準(zhǔn)、比對。介質(zhì)為液體時，宜將液體從放凈閥導(dǎo)出，并用容器收集稱重。當(dāng)介質(zhì)為蒸汽時，宜將導(dǎo)出的蒸汽先變成凝結(jié)水，然后稱重。當(dāng)介質(zhì)為氣體時，宜用皂膜流量計、濕式氣體流量計等進(jìn)行在線實時校準(zhǔn)、比對。在作零位校驗時，應(yīng)排除小信號切除的干擾。文中還提出了保證校準(zhǔn)品質(zhì)的措施。對于不宜作現(xiàn)場校準(zhǔn)的測量點，則可用基于質(zhì)量守恒定律的方法等作現(xiàn)場驗證。
內(nèi)藏孔板流量計、小孔板流量計，以其顯著的特點使其在制藥等精細(xì)化工行業(yè)、化工小試驗裝置以及輕工行業(yè)的添加劑流量測量中，得到廣泛應(yīng)用。是標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計往微小流量方向的延伸。
但因其測量精度不是由國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)保證的，所以初次使用者往往有些不夠放心。好在這種流量計的實測流量一般都很小，可以根據(jù)工藝流程的特點，例如用流程中的切斷閥和放凈閥或自控專業(yè)預(yù)設(shè)的校驗口，實現(xiàn)測量示值精度的現(xiàn)場校準(zhǔn)。
在開展此項工作時，如果所用的標(biāo)準(zhǔn)器測量結(jié)果的不確定度不大于被校流量計最大允許誤差絕對值1/3時，稱為校準(zhǔn)，否則只能稱比對。在不用標(biāo)準(zhǔn)器時，屬于驗證。
這種校準(zhǔn)的結(jié)果因為已包含流體密度、黏度、等熵指數(shù)等物性與設(shè)計計算時的偏離，也包含了溫度、壓力等工況參數(shù)的偏離的影響。還包含了使用環(huán)境偏離參比條件的影響，以及安裝情況對測量誤差的影響，所校準(zhǔn)得到的結(jié)果更具有實際意義。
1微小流量的驗證
1.1流量測量結(jié)果驗證的難點
在化工、石化等生產(chǎn)過程中，安裝有大量的過程變量測量儀表，其中溫度、壓力、流量、液位測量儀表數(shù)量巨大，種類也極其繁多。但是它們卻有一個共同的特點，就是測量結(jié)果的使用者對儀表示值精度產(chǎn)生懷疑時，都要想盡辦法予以驗證，搞清楚關(guān)鍵儀表的測量結(jié)果究競是否正確。所以驗證問題不只存在于流量之中，在溫度，壓力、液位的測量中，同樣存在，只是流量之外的要容易和簡單得多。例如溫度測量，對于特別重要的測量點，常選用雙支鉑熱電阻、雙支熱電偶，或在溫度傳感器旁邊，開設(shè)一個可以插人標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計的校驗口，增加的投資也微不足道。再比如壓力測量，在壓力變送器附近增設(shè)--個彈簧管壓力表用于對照，也只需舉手之勞。而液位測量結(jié)果的校對也不困難，因為大多數(shù)配有液位測量儀表的設(shè)備上，大多同時配有玻璃管液位計、玻璃板液位計或其他原理的液位計。例如在工業(yè)鍋爐汽包液位的測量中，一般都裝有3~4套不同原理的液位測量手段，以便相互對照，確保安全。與此相似的例子在流量測量中是不多見的。
圖1所示是冗余設(shè)置的雙檢測器渦街流量傳感器。美國洛克威爾公司有一項科研成果，即一臺渦輪流量計中配有兩個傾角不同的渦輪，其中傾角大的渦輪轉(zhuǎn)速高，精度高，但壽命短，而傾角小的一個渦輪恰巧相反，取其壽命長的優(yōu)點作為判斷主渦輪失準(zhǔn)的手段。兩個渦輪的電磁檢測器輸出的頻率保持一定的比例，并由微電子電路判斷，一旦頻率差超過設(shè)定的區(qū)間，即判主渦輪失準(zhǔn)，發(fā)出報警信號。
在大型發(fā)電機(jī)組的配套鍋爐上，進(jìn)水流量是一個關(guān)鍵參數(shù)，往往一副差壓孔板上配有三對取壓口和相互獨立的三臺差壓變送器，其中一臺用于控制，一臺用于計量，而聯(lián)鎖輸出則由三臺變送器按三取二表決結(jié)果決定，從而確保安全”。
這種多重冗余并用三取二表決的方法確保流量測量結(jié)果安全可靠的做法，在大型石化裝置中也經(jīng)常采用。但要付出相應(yīng)的代價。
1.2流量測量結(jié)果正確性驗證的一般方法
闡述了這種驗證的常用方法:
(1)基于質(zhì)量守恒定律的方法;
(2)基于熱量平衡關(guān)系的方法問;
(3)基于設(shè)備能力估算的方法"。
其中方法(1)用得最多。在文獻(xiàn)圖中列舉了9個實際例子。例如用于貿(mào)易交接計量的表計，大多采用一根管道兩套表的配置，其中上游表計歸供方所有，下游表計歸需方所有"。
在油庫的油品發(fā)貨計量站，若干臺發(fā)貨用的流量計定期用精度足夠高的基地式標(biāo)準(zhǔn)流量計校準(zhǔn)。在天然氣長輸管網(wǎng)的計量站場，也普遍采用一臺標(biāo)準(zhǔn)流量計對若干臺發(fā)貨計量表計，經(jīng)閥門切換的方法實現(xiàn)就地校準(zhǔn)。這種儀表配置方法在貿(mào)易交接中廣泛應(yīng)用，但在過程控制中卻極少采用，原因之一是投資太高，其次是對精度的要求也沒有那么高。而是采用經(jīng)濟(jì)而且簡單易行的方法。例如各分表流量示值之和與總表相等的關(guān)系。鍋爐發(fā)汽流量應(yīng)等于進(jìn)水流量與排污流量之差的關(guān)系。經(jīng)蒸汽流量計計量的蒸汽，全部凝結(jié)后應(yīng)得到質(zhì)量相等的凝結(jié)水的關(guān)系。在用流量批量控制儀定量裝車的流程中，裝車完畢,一般均需地中衡復(fù)測，這也是一個計量精度驗證的過程。便攜式超聲流量計在液體流量測量的比對和維修中，扮演著重要角色。這種流量計精度不夠高,談不上校準(zhǔn)，但如果被懷疑的流量計的確誤差較大,用它來比對，還是能夠做出結(jié)論的。
2微小流量測量儀表的現(xiàn)場校準(zhǔn)
微小流量測量儀表的精度校準(zhǔn)、驗證的特點在于“微小”，像1~10kg/h測量范圍的內(nèi)藏孔板流量計，只要--個量筒就能實現(xiàn)驗證。一支微型浮子式氣體流量計，用幾十元錢一支的皂膜流量計就能實現(xiàn)校準(zhǔn)。而適用于大流量測量儀表驗證的方法或設(shè)備，在微小流量中，有時卻不合用。
2.1液體微小流量測量儀表的現(xiàn)場驗證
液體微小流量測量儀表的精度大多可用稱重法進(jìn)行驗證。典型的例子如圖2所示。
有時流量計并不安裝在調(diào)節(jié)回路中，這時就需在流量計下游管道上找到切斷閥和放凈閥或?qū)ｉT設(shè)置的校驗口，如圖3所示。
在圖3中，將切斷閥V關(guān)斷，就可對流量計零位進(jìn)行檢查，打開放凈閥V2就可將液體導(dǎo)出放入容器稱重。通�？筛淖僔2開度使FIQ的瞬時流量qm為常用值，并經(jīng)軟管導(dǎo)人容器，而且要注意軟管中液體滯留量對校準(zhǔn)、比對結(jié)果的影響。
用這種方法實施校準(zhǔn)、比對，不僅適用于內(nèi)藏孔板流量計、小孔板流量計，也適用于微小口徑電磁流量計、渦輪流量計及浮子流量計等。
2.2流量零位的檢查與校驗
關(guān)斷切斷閥對流量零位示值進(jìn)行檢查和校驗是流量示值驗證的首要任務(wù)。這是因為流量計零位如果不準(zhǔn)，將對量程范圍內(nèi)的各點示值都產(chǎn)生影響。在作零位檢查和校驗時應(yīng)注意以下事項。
(1)確認(rèn)測量管內(nèi)的流體已停止流動，而且儀表處于正常測量狀態(tài)。當(dāng)然確保安全萬無一失是首要的。
(2)排除小信號切除對校零I作的干擾。
在模擬輸出的流量計中，一般均有小信號切除功能。這是因為模擬電路總會有一定幅值的漂移。這種漂移往往導(dǎo)致實際上流體已停止流動，儀表卻有小.流量指示，為了避免這種令人不快的事情出現(xiàn)，于是就設(shè)計了小信號切除功能"，例如電磁流量計，一般取滿量程流量的2%為切除點，即在實際流量小于2%FS時,儀表統(tǒng)統(tǒng)顯示零流量。于是問題得到解決。但是又產(chǎn)生新的問題，即在實際流量小于2%FS甚至存在反向流動時，儀表一概顯示零流量，從而產(chǎn)生一個假象。所以在校零時,應(yīng)將小信號切除功能暫時撒銷。
差壓式流量計都避不開開平方運算這一環(huán)節(jié)。這一運算人們喜歡交由差壓變送器去完成。這樣，相對流量較小時能獲得較大的電流輸出，從而使得將差壓信號傳送到后續(xù)儀表必不可少的DIA轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換引入的誤差予以削弱。
在差壓式流量計中，小信號切除的作用更加突出，因為開平方運算的關(guān)系，使得流量在零點附近，運算模塊具有非常大的增益。例如差壓有+0.04%FS的漂移，開平方之后就有2%FS的輸出。所以小流量信號切除點一般定得比較高。橫河公司的EJA110E型差壓變送器出廠設(shè)置定在滿量程差壓的1%,對應(yīng)滿量程流量的10%。這樣--來使流量顯示的死區(qū)變得更大。如果小信號切除模式指定為“切到0”，則流量小于10.0%FS的所有各點，儀表都顯示零。以至在調(diào)零操作時，外部調(diào)零螺釘順時針或反時針旋轉(zhuǎn)很多圈，輸出都無動于衷�！扒械骄�性”的功能，從而使死區(qū)不死，即流量小于指定值后，輸出與輸人之間呈線性關(guān)系，甚至在差壓.為負(fù)值時，仍有對應(yīng)的變化值，從而使調(diào)整更方便。這樣信號切除的關(guān)系如圖4所示。
(3)流量零點與差壓零點的差異
差壓式流量計在做校零操作時，習(xí)慣性動作是將三閥組中的負(fù)壓閥關(guān)閉，然后打開平衡閥，如果變送器輸出不為4mA,則作相應(yīng)調(diào)整。調(diào)校完畢將流量計投人運行，這時如果將與流量計串聯(lián)的切斷閥關(guān)斷，流體停止流動，有時會發(fā)現(xiàn)流量示值并不為零，甚至?xí)胸?fù)的差壓顯示。這多半是因儀表的安裝有缺陷，流動雖已停止，節(jié)流件前后差壓已為零,但因差壓信號傳遞失真，使得變送器接收到的差壓信號并不為零。因此，差壓變送器零點正確并不等于流量零點正確。需要在變送器完成校零后，關(guān)斷切斷閥，流量示值仍為零。因此需排除安裝缺陷。
2.3流量示值現(xiàn)場驗證的操作
流量計示值正確性的驗證，由于現(xiàn)場條件所限，一般不能采取實驗室校準(zhǔn)所用的方法。按照計量檢定規(guī)程,流量計在作實流校準(zhǔn)時,在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，同時讀取被校表示值和標(biāo)準(zhǔn)表示值N次，然后取平均值并計算該校驗點本次校驗示值誤差。
一個校驗點相同的校驗進(jìn)行三次，得到三個誤差值，然后計算該校驗點平均誤差和重復(fù)性。
現(xiàn)場校準(zhǔn)所用的方法，從原理來看與式(1)是相同的，但操作方法有明顯的差異�，F(xiàn)場校準(zhǔn)、比對中，式(1)中的qm用累積值的增量Qm代替，qsi用稱量結(jié)果代替,校準(zhǔn)點為常用流量。因此要簡單得多。
2.4精餾塔各路流量的驗證
液相進(jìn)料頂?shù)撞沙龅木s塔在制藥廠“用得很多，而且多配有流量計，由于精餾塔塔頂采出量D、塔底采出量B與進(jìn)料量F之間有下面的關(guān)系
F=D+B(2)
所以可用這個關(guān)系對相關(guān)的三路流量進(jìn)行分析判斷。
2.5氣體微小流量測量儀表的現(xiàn)場驗證
氣體微小流量測量儀表的現(xiàn)場校準(zhǔn)、比對，同液體流量計不同，因為從流程中導(dǎo)出的氣體無法被收集并用稱重的方法得到其質(zhì)量，只能用另一臺流量計對其進(jìn)行測量。
在石化、化工行業(yè)的分析室，分析人員用皂膜流量計對氣相色譜儀上的微型浮子流量計進(jìn)行標(biāo)定。類似的情況，這種標(biāo)準(zhǔn)流量計也可用來對流程中的微小氣體流量計進(jìn)行校準(zhǔn)，在這種流量計中，不同規(guī)格的玻璃管對應(yīng)的流量范圍也不同，最大可測量60L/min的流量，精度可達(dá)1.0%，其外形如圖5所示。
濕式氣體流量計是一種典型的容積式流量計，不確定度可達(dá)0.5%，也適合作為標(biāo)準(zhǔn)器，流量測量上限可達(dá)3000L/h，其工作原理如圖6所示.
上述兩種可作標(biāo)準(zhǔn)表使用的氣體流量計，顯示的都是當(dāng)時當(dāng)?shù)卮髿鈮毫l件下當(dāng)時氣體溫度條件下的體積流量，如果要得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，則需用式(3)進(jìn)行換算.
如果要得到質(zhì)量流量，則需再乘上氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度Pn。
當(dāng)需要校準(zhǔn)的流量值更大時，則可選用玻璃浮子流量計，只是精度較低，只能用作比對。有些被校對象氣體靜壓較高，而且現(xiàn)場有容積已知的容器，也可應(yīng)用PVTt法實現(xiàn)校準(zhǔn)、比對或驗證。
2.6蒸汽微小流量測量儀表的現(xiàn)場驗證
上述用于驗證氣體流量計的三種標(biāo)準(zhǔn)表都不適合測量蒸汽流量，但仍可用稱重法予以校準(zhǔn)，例如從校驗口導(dǎo)出的微小流量蒸汽，可以經(jīng)軟管送到裝有冰屑與水的混合物的容器底部，將其變成凝結(jié)水，然后稱重，再計算示值誤差。
2.7保證校準(zhǔn)品質(zhì)的措施
(1)被校表所給出的累積流量應(yīng)具有足夠高的分辨力，參與計算誤差的流量示值有效數(shù)應(yīng)在4~5位之間。合理設(shè)置流量計的積算速率，就能滿足這一要求。
(2)收集導(dǎo)出液的容器應(yīng)足夠大，每次測量時間一般不短于1min。
(3)稱重用的衡器，精度應(yīng)足夠高。
3結(jié)束語
(1)在很多行業(yè)都使用著大量測量微小流量的流量計。如果某一臺流量計的示值精度受到懷疑，就有必要用簡單易行的方法對其進(jìn)行校準(zhǔn)、比對，或通過質(zhì)量守恒關(guān)系進(jìn)行驗證，以消除疑慮。
(2)測量液體微小流量的流量計，宜利用現(xiàn)場的切斷閥和放凈閥，將液體導(dǎo)出、收集、稱重，然后計算誤差。
(3)測量氣體微小流量的流量計，宜采用皂膜流量計、濕式氣體流量計等作標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行在線實時校準(zhǔn)或比對。
(4)測量蒸汽微小流量的流量計，宜將蒸汽從校驗口導(dǎo)出，經(jīng)軟管送到裝有冰屑與水的混合物的容器底部，將其變成凝結(jié)水，然后稱重用于誤差計算。
(5)這種現(xiàn)場校準(zhǔn)、比對得到的結(jié)果不僅包含器具本身的誤差，而且包含流體密度、黏度、等嫡指數(shù)等物性數(shù)據(jù)與設(shè)計計算的偏離引人的影響，溫度、壓力等工況參數(shù)偏離所產(chǎn)生的影響。還包含了安裝情況對測量誤差的影響以及使用環(huán)境偏離參比條件的影響，所以，校準(zhǔn)、比對、驗證的結(jié)果更具有實際意義。但若物料有毒易燃或因生產(chǎn)的連續(xù)性不允許物料導(dǎo)出，則應(yīng)以安全為重，不宜采用現(xiàn)場校準(zhǔn)這一方法。上述校準(zhǔn)方法符合有關(guān)計量檢定規(guī)程,并在現(xiàn)場應(yīng)用中獲得良好效果。
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