摘要：流量儀表在有些使用場所不能離線校準(zhǔn)定期檢定，如大型輸水管不允許停役，為探知現(xiàn)場使用條件下流量測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，必須在現(xiàn)場實(shí)施在線校準(zhǔn)、比對或驗(yàn)證等三個(gè)不同層次的運(yùn)作。簡要回顧了當(dāng)前實(shí)行的這些在線校準(zhǔn)和在線比對，著重闡述了高溫電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)所采用的評估驗(yàn)證流量儀表運(yùn)行狀況的方法。

高溫電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)的流量量值通常在制造廠流量實(shí)驗(yàn)室的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上實(shí)流校準(zhǔn)，傳遞量值。然而在現(xiàn)場流動(dòng)和使用條件偏離校準(zhǔn)時(shí)的參比工作條件下，為探知現(xiàn)場條件也就是對測量系統(tǒng)(包括流量儀表、前后連接管、介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)等)的測量準(zhǔn)確度，或者貿(mào)易交接計(jì)量要求短間隔周期檢定，以及不容許停役管線離線校準(zhǔn)的場所，需要在線校準(zhǔn)。

流量儀表的在線校準(zhǔn)是在現(xiàn)場測量條件下將流經(jīng)待校準(zhǔn)儀表的流體臨時(shí)接入固定式(或移動(dòng)式)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置或標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具進(jìn)行比較。除在線校準(zhǔn)*高層次外，還有在線比對和在線驗(yàn)證兩個(gè)層次。

流量儀表在線比對的工作方法和“校準(zhǔn)”相似，只是在某些方面達(dá)不到“校準(zhǔn)”規(guī)定，要求相對低些，如只與精度等級相近的參比測量計(jì)相比。流量儀表在線驗(yàn)證是采用間接檢查(驗(yàn))的方法，評估或驗(yàn)證儀表的流量測量值等性能仍保持或超過原校準(zhǔn)性能的范圍，為是否仍可繼續(xù)使用或需進(jìn)一步檢查提供依據(jù)。

1、在線校準(zhǔn)和在線比對

流量儀表的在線標(biāo)準(zhǔn)，其校準(zhǔn)條件(即流體物性、操作條件、安裝和環(huán)境條件)通常是在與現(xiàn)場實(shí)際使用條件充分一致的情況下進(jìn)行的。常用方法如圖1所示。

1.1 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置法

本方法*先在能源工業(yè)探索實(shí)踐，當(dāng)前已在原油和天燃?xì)獾馁Q(mào)易交接計(jì)量中普遍應(yīng)用，例如原油交接計(jì)量基本上實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場用基地式或移動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)體積管校準(zhǔn)；天然氣交接計(jì)量采用臨界流文丘里噴嘴(音速噴嘴)在線校準(zhǔn)，實(shí)例請參閱文獻(xiàn)。

流量儀表在線比對所采用的方法，大體上和流量標(biāo)準(zhǔn)裝置法在線校準(zhǔn)相似，有容器衡器比對法、參比流量計(jì)比對法和外夾裝換能器超聲流量計(jì)比對法等，文獻(xiàn)也有扼要說明。

1.2 示蹤法

示蹤法在線校準(zhǔn)流量儀表技術(shù)在國際上已相當(dāng)成熟，早在上世紀(jì)70年代就頒發(fā)了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2975-(1～7)《封閉管道中水流量測量---示蹤法》和ISO4053-(1、4)《封閉管道中氣體流量測量---示蹤法》，其工作原理有兩類：一是恒速注入法(也稱稀釋法)；二是瞬時(shí)注入示蹤劑的傳輸時(shí)間法。傳輸時(shí)間示蹤法也可使用在明渠流、非滿管流或疑有沉淀物滿管流的流量校準(zhǔn)。傳輸法測量滿管流液體，在良好條件下有望得到0.5%的測量準(zhǔn)確度，測量氣體為0.7%。

上世紀(jì)80年代，江都水利工程管理處和武漢水利電力學(xué)院利用稀釋法 (食鹽濃度)校準(zhǔn)DN1.6～3m水泵進(jìn)水流道差壓流量測量的系數(shù)。四個(gè)泵站實(shí)測結(jié)果表明流量*限誤差一般在2.5%～4%之間。

芬蘭Oy Indmeas Ab公司發(fā)布用傳輸時(shí)間示蹤法校準(zhǔn)700余臺(tái)測量污水滿管和非滿管高溫電磁流量計(jì)、明渠文丘里流槽的報(bào)告。美國Kurz公司在技術(shù)交流會(huì)上稱：用SF6示蹤劑校準(zhǔn)測量煙道排放氣的金氏定律熱式流量計(jì)的流量。

1.3 速度面積法

本法也是在線校準(zhǔn)的經(jīng)典方法，亦有國際標(biāo)準(zhǔn)可咨遵循，有ISO3354《封閉管道中清潔水流量測量---在滿道中和規(guī)則流動(dòng)條件下采用流速計(jì)的速度面積法》和ISO3966《封閉管道中流體流量測量---采用皮托靜壓管的速度-面積法》。

上世紀(jì)60年代日本就曾在水電站現(xiàn)場用流速儀13個(gè)測量點(diǎn)，校準(zhǔn)DN1000大管徑高溫電磁流量計(jì)。日本當(dāng)時(shí)還沒有具備符合要求的大型水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

江都泵站曾按ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定位置布置26臺(tái)流速計(jì)，測量大型水泵3.5m×1.5m矩形出水流道平均流速，以校準(zhǔn)用差壓法測量泵進(jìn)水道差壓的流出系數(shù)，測量流速在1.2～1.3m/s之間。期間還用食鹽濃度法校準(zhǔn)流速計(jì)面積法，在實(shí)驗(yàn)過程中再用食鹽濃度法復(fù)核流速計(jì)面積法的數(shù)據(jù)。量值傳遞流程如圖2所示。

2、在線驗(yàn)證

當(dāng)在線校準(zhǔn)和比對兩種方法都不能實(shí)施時(shí)，只能退而采用在線驗(yàn)證，其方法大體上有：物料平衡法、熱量平衡法、設(shè)備能力估算法和其他參量評估法等。

2.1 物料平衡法

本方法是利用測量系統(tǒng)中流入系統(tǒng)各流量計(jì)所測流量值的總和與流出系統(tǒng)各流量計(jì)測量值的總和相等，或其差值在合理范圍內(nèi)。例如應(yīng)用于工程交工驗(yàn)收時(shí)驗(yàn)證相關(guān)流量計(jì)測量結(jié)果，水廠出水總管流量和各輸送分管總和之間的驗(yàn)證。

2.2 熱量平衡法

將與被測流量相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)代入熱量平衡方程式，計(jì)算出流量理論值，以驗(yàn)證流量測量值。例如鍋爐除氧器蒸汽消耗量以進(jìn)水流量和水升高溫度，以熱量平衡計(jì)算驗(yàn)之。

2.3 設(shè)備能力估算法

根據(jù)相關(guān)設(shè)備能力估算流量的一種方法。例如供水企業(yè)測量輸水泵揚(yáng)程，按泵的揚(yáng)程-流量(h-q)特征估算輸水量。

2.4 其他參量評估法

本方法是在檢驗(yàn)流量計(jì)流量信號以外其他流量測量要素的參量，是否仍保持在原校準(zhǔn)流量時(shí)的允許范圍內(nèi)，評估驗(yàn)證所測流量的準(zhǔn)確性。如下文兩節(jié)所述檢驗(yàn)高溫電磁流量計(jì)的磁場強(qiáng)度和測量超聲流量計(jì)的聲速。

3、高溫電磁流量計(jì)在線驗(yàn)證

高溫電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律測量導(dǎo)電流體流量的儀表，感應(yīng)電動(dòng)勢E即流量信號正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和被測平均流速V，即

E=KBDV   (1)

式中：K為系數(shù)；D為測量管內(nèi)徑，均為常值。

若能證明測量要素B仍保持在原校準(zhǔn)流量時(shí)的允差范圍內(nèi)，且證明沒有影響流量信號的其他不利因素(如信號回路絕緣電阻下降)，就可確認(rèn)所測流量值仍保持原有性能的值。為證明B維持原值，應(yīng)檢驗(yàn)勵(lì)磁線圈電阻/絕緣以及勵(lì)磁電流，評估B；檢查電*信號電路絕緣良好，證明流量信號沒有被分流；測量電*接液電阻，評估電*表面狀況是否妨礙正常測量；檢查測量各部件絕緣電阻以判斷零部件劣化程度；再以模擬信號器及其他通用儀器檢查轉(zhuǎn)換器完好性。這些檢查項(xiàng)目如表1所示，文獻(xiàn)有詳細(xì)的論述。

基于這些由制造廠售后服務(wù)和現(xiàn)場應(yīng)用維修工程師們積累的檢查和驗(yàn)證方法，上世紀(jì)90年代中期國外開發(fā)了專用儀器和軟件，實(shí)施高溫電磁流量計(jì)的在線檢查驗(yàn)證，如商業(yè)名Calmaster(ABB公司)，Magcheck(Krohne公司)的儀器，但只能用于本企業(yè)儀表。國內(nèi)也有高溫電磁流量計(jì)制造廠正在開發(fā)這類儀器。

中國城鎮(zhèn)供水協(xié)會(huì)設(shè)備工作委員會(huì)組織水廠、儀表制造廠、計(jì)量測試單位編寫《高溫電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)規(guī)程》,規(guī)范水務(wù)業(yè)內(nèi)高溫電磁流量計(jì)在線檢證的操作，以解決當(dāng)前裝用儀表的在線檢查驗(yàn)證。

4、超聲流量計(jì)的在線驗(yàn)證

超聲流量計(jì)是利用向流動(dòng)的流體發(fā)射超聲波，傳播時(shí)承載上流體流速的信息，予以接收并檢測流體流速的儀表。應(yīng)用于石油和天然氣業(yè)儲(chǔ)運(yùn)交接的超聲流量計(jì)是以超聲波在流體內(nèi)順逆兩個(gè)方向傳播，利用傳播速度差與流體流速之間的關(guān)系，求取流體流量。如何在線判定運(yùn)行中超聲流量計(jì)的測量準(zhǔn)確性，在天然氣應(yīng)用中人們利用實(shí)測聲速這一參量與從測量氣體或成分計(jì)算所得聲速(即從超聲流量計(jì)外獲得的參比量)進(jìn)行比較，驗(yàn)證超聲流量計(jì)；在海上FPSO(floating p roduction storage and offloading)平臺(tái)上利用兩臺(tái)串接超聲流量計(jì)，分析所測流量和聲速的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，判析儀表的運(yùn)行狀況。

4.1 計(jì)算聲速和實(shí)測聲速比較、驗(yàn)證

自1998年美國燃?xì)鈪f(xié)會(huì)提出AGA*9號報(bào)告《多聲道超聲流量計(jì)測量燃?xì)狻芬詠?，多聲道超聲流量?jì)應(yīng)用于天然氣交接計(jì)量日益增加。交接計(jì)量要求經(jīng)常檢查測量準(zhǔn)確性。

Daniel多聲道超聲流量計(jì)的用戶超聲接口CUI(customer ultrasonic interface)軟件對儀表作內(nèi)部診斷，保證運(yùn)行良好。然而這些檢查診斷還沒有與外界任何一個(gè)參比量比較；還不能判斷是否測量準(zhǔn)確，還需要一個(gè)外界參比量。超聲在流體中傳播時(shí)間是儀表求取流速的原始測量，傳播時(shí)間和儀表輸出以及所測聲速也不準(zhǔn)確，因此周期性地用外界獨(dú)立的參比聲速與超聲流量聲速比較，以檢驗(yàn)超聲流量計(jì)性能。

這一參比聲速是以氣相色譜儀所測天然氣成分和實(shí)時(shí)壓力/溫度按AGA*10號報(bào)告《天然氣和其他相關(guān)氣相烴的聲速》經(jīng)流量計(jì)算機(jī)計(jì)算獲得，與超聲測量計(jì)所測聲速連續(xù)地比較。

圖3所示是由流量計(jì)算機(jī)分別計(jì)算每隔10min實(shí)測聲速和計(jì)算聲速平均值的記錄例。若兩者偏差超過設(shè)定值將發(fā)出信號，以引起注視。

4.2 分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

巴西IPT技術(shù)研究所發(fā)表文章，報(bào)道分析串接在FPSO平臺(tái)上兩臺(tái)相同型號DN600五聲道超聲流量計(jì)發(fā)送石油的流量和聲速統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證交接計(jì)量的運(yùn)行狀況。

兩臺(tái)儀表中一臺(tái)日常貿(mào)易交接計(jì)量儀表由另一臺(tái)參比表(master meter)核查和校驗(yàn)。圖4所示是貿(mào)易計(jì)量儀表流量在4000～5500m³/h時(shí)的校驗(yàn)記錄，變化在原校準(zhǔn)儀表系數(shù)的±0.180%范圍內(nèi)，*大變化為0.090%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.045%。

用兩臺(tái)相同型號超聲流量計(jì)核查校驗(yàn)，結(jié)果顯示儀表系數(shù)在1000附近變化很小，可解釋為兩種可能性：

①計(jì)量儀表和參比表兩者均沒有漂移，這是大多數(shù)的可能事件；

②計(jì)量儀表和參比表以相同方式和相同方向漂移，這在測量系統(tǒng)短時(shí)工作儀表系數(shù)變化0.090%的條件下，是小概率事件，或視為不可能事件。

再從計(jì)量儀表與參比表五個(gè)聲道的各聲道間，求取聲速比值考察儀表的穩(wěn)定性，表2摘錄流量在5500m³/h時(shí)的聲速比，五個(gè)聲道兩儀表聲速比變化*大為0.006%。

從上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析說明，在2003年10月31日到2004年1月26日期間兩臺(tái)儀表運(yùn)行是十分穩(wěn)定的，重復(fù)性和再現(xiàn)性也沒有明顯變化。

4.3 **檢定規(guī)程中的規(guī)定

我國正在制訂《超聲流量計(jì)檢定規(guī)程》的“附錄D超聲流量計(jì)的使用中檢測”也規(guī)定用聲速復(fù)核和驗(yàn)證在線使用中的儀表，規(guī)定每次實(shí)驗(yàn)流量點(diǎn)每條聲道的計(jì)算值與前一次計(jì)算一致，偏差不得大于3%。

5、結(jié)束語

流量儀表可以行之有效地實(shí)行在線校準(zhǔn)比對，高溫電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)的實(shí)踐說明，流量儀表還可以通過檢查流量信號以外的相關(guān)參量，評估或驗(yàn)證在檢定周期間的運(yùn)行狀況，或據(jù)此延長儀表的檢定周期。國外已有若干企業(yè)專業(yè)為客戶在線校準(zhǔn)或驗(yàn)證流量儀表；國內(nèi)也有若干單位正在開展這類業(yè)務(wù)，我們相信此業(yè)務(wù)今后將會(huì)得到更好的發(fā)展。