质量流量计在线标定方法的探讨

河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂 郝恒义 王志杰

质量流量计在线标定方法的探讨

河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂 郝恒义 王志杰

近年来，质量流量计在卷烟工业企业的生产控制中得到了广泛应用，特别是在制丝工序中应用广泛。由于质量流量计参与香精香料的掺配精度控制，如果计量不准，将会造成加入烟丝中的香精香料达不到精度要求，直接影响到卷烟产品的内在质量。而传统的流量校准方法是从管线上将流量计卸下送至实验室，在流量标准装置上进行离线校准。由于烟草生产线连续作业，一旦质量流量计出现计量不准，进行离线校准周转期长，影响生产。同时，考虑到使用场所的限制，拆卸困难和校准费用大等因素。因此，本文，笔者选用便携式超声波流量计作为标准器，对生产线流量计的在线标定进行了探索与研究。

一、材料与方法

1.检测仪器设备。便携式超声波流量计1台，准确度等级为0.5；测厚仪1台，准确度等级为0.5；红外测温仪1台，示值误差为±2℃、密度计为准确度等级0.5；黏度计1台，准确度等级0.5。

2.测试程序。

（1）采用ADM6725便携式超声波流量计作为测量标准，将测量标准传感器探头安装在被测流量计上游或下游合适管段，可以同时显示被测管道的瞬时流量与累积流量，通过对比标准器与被测流量计数据从而确定被测流量计的准确度。

（2）管路壁厚的测量。将测厚仪探头与测量标准连接，会自动转换为WTM模式。将测厚仪探头涂上耦合剂后，在管路多个位置（至少3个）进行测量，取平均值作为管路壁厚值。

（3）流量测量。将传感器探头与测量标准流量计连接，将传感器探头涂上耦合剂后，根据测量标准要求的两个传感器间距，使用滑块和链条将探头固定在管路合适管段，传感器安装的位置和干扰源之间的距离L≥10D（D为管径）。被测流量计和测量标准同步启动，观察仪表显示的瞬时流量q和累积流量Q数据，待稳定后开始记录。每5 min记录1组数据，连续记录3次，测量标准数据记录为q1，q2，q3，Q1，Q2，Q3，被测流量计数据记录为瞬时流量作为参考，累积流量作为比对的依据。

3.数据处理。

（1）示值误差。示值误差可用绝对误差Δ表示，计算公式为：

式（1）中，Δ为用绝对误差表示的示值误差，Q为被测流量计显示值，Qs为测量标准显示值。

（2）相对误差。相对误差是测量仪器的示值误差除以相应示值之商。相对误差用符号E表示，计算公式为：

误差要求为连续测量3次，被测流量计的相对误差均达到|E|≤1%为合格。如超出相对误差要求，需要对其进行校准后重新测试，直至满足工艺要求。

三、结果分析

1.测试结果。按照检测方法进行在线标定，制丝生产线叶片加料流量计计量点的比对数据见表1。

表 1 流量计检测数据记录

表1中的差值分别为被测流量计和测量标准的显示值，代入公式（1），分别计算得到3组数据的示值误差。相对误差E依据公式（2）计算。连续测量3次，被测流量计的相对误差均符合|E|≤1%，判定为合格。

2.标定方法适用性的验证。因为实物法具有更高的测量准确度，所以采用实物称重法对该检测方法进行验证，该方法与上述比对法测试同步进行。对于质量流量计可采用水做校准介质，将实际搜集的介质称出质量后作为约定真值，被测流量计显示的质量数据为测量值。被测流量计下游要设计有旁通管路，方便用容器接收管路中排出的水。准备1台30 kg的电子天平，分度值d=0.002 kg；接水容器1个，容积大于20 L。在手动开机状态下，用水代替料液进行测试，使香料厨房通往机台的管路充满料液，关机记录质量数据。关闭通往滚筒的阀门，打开旁通阀门，用容器搜集流出水的质量，记录流量计显示质量数据Q。用电子天平称重计算出容器内水的实际质量记录为Qs，计算流量计显示值Q与搜集水的实际质量Qs的误差，流量计的相对误差为E，按公式（2）计算。

连续测量3次，记录测量数据。以某次正在使用中的质量流量计检测为例，管路壁厚1.91 mm，介质温度为63℃，介质密度为1.02 g/mm3，介质运动黏度为0.72 mm2/s。测量数据见表1。

表 2 流量计检测数据记录

由表2可知，便携式超声波流量计检测的流量相对误差为0.80%，通过实物称重法进行验证，相对误差为0.70%，二者仅相差0.1%。该流量计的误差符合要求，检测合格。

3.注意事项。在标定过程中，必须采取适宜的测量方法，正确进行操作和安装。还应注意以下几点。

（1）选择适宜的测量点。基本上，测量都必须在管子上进行，所在位置应该有利于声的传播。正确确定传感器的位置是无误差测量的基本条件，它能保证声信号在最佳条件下接收和正确评定。选定测量位置后，仪器应在电缆能达到测量点的位置范围内。

安装传感器需要考虑位置确定和方式选择两个问题，传感器安装位置不合理是超声波流量计不能正常工作的主要原因。确定位置时要选择流速恒定、平直的管段，尤其要注意传感器尽量避开有变频器、大功率电机等污染电源场合，如图1所示。

图1 测量点选择

（2）传感器的正确安装与定位。安装方式上，主要有对贴安装方式和V方式、Z方式3种。多普勒式超声波流量计采用对贴式安装方式，时差式超声波流量计采用V方式和Z方式，通常情况下，管径小于300 mm时，采用V方式安装，管径大于200 mm时，采用Z方式安装。既可以用V方式安装又可以用Z方式安装的传感器，尽量选用Z方式。实践表明，Z方式安装传感器超声波信号强度高，测量稳定性也好。

（3）正确进行数据读取。在检测开始前，先判断超声波流量计的测量信号强度是否满足标定的条件，如果信号过弱将会对测量准确度造成影响，通过调整传感器安装位置、声程因子一般能够较好的解决。流量计开始工作后，观察运行5 min，待流量数据输出稳定后进行数据记录，如有异常情况排除后再读取数据。在工艺条件不变的情况下，每次标定时应同时记录同时间段内便携式超声波流量计与在线流量计的流量累计值，每次数据记录间隔3～10 min，可根据瞬时流量大小进行相应调整，累积值数据不得少于3组。

通过近一年的现场实测应用，证明该在线检测方法是可行的，误差能够达到不超过1%的要求，具有广泛的推广价值。