高准确度水流量标准装置的应用研究*

戴丽娜

(宁波市计量测试研究院，宁波 315000)

0　引言

水流量标准装置是检定各种类型的流量计及研究流量计量测试方式的标准设备[1]。随着我国经济迅速发展，宁波正在成为长三角南翼重要的先进制造业基地，涌现出了一批大型企业，如镇海炼化、台塑化机。这些企业都配置了大量的液体流量计，用于水、油及化工原料等液态物料的计量。为适应当地经济发展需要，建立或更新经济适用、可满足多种类型流量计检定需要的水流量标准装置，作为社会公用标准，尤为迫切[2]。因此，建立高准确度、宽量程的水流量标准装置，既可以有效地规范液体流量计计量检定工作，又为企业及时溯源创造良好的条件。同时可有效监控水资源及生活污水排放量，对贸易结算、流量事业发展、环境保护、能源计量等监管工作具有重要的意义。

1　装置原理

该装置可组合使用静态容积法、静态质量法和标准表法三种检测方法。

静态质量法(含启停质量法)：在静止状态下，称量一段时间内容器中的液体质量，从而计算出流量[3]。

静态容积法(含启停容积法)：在静止状态下，测量一段时间内工作量器中的液体体积量，从而计算出流量[3]。

标准表法：以标准流量计作为标准器，使流体在相同时间间隔内连续通过标准流量计和被检流量计，比较两者的输出流量值，从而确定被检流量计的计量性能[4]。

2　装置的结构功能

装置主要由硬件系统和程序系统组成。

2.1　硬件系统

硬件系统包括水源系统、管道系统、计量系统3部分。

2.1.1水源系统

水源系统主要由水池、稳压罐组和水泵组组成。建造的地下水池面积400m2，贮水量大于700m3，水温变化小。水池底部设计排污井并安装过滤网，以保持水源相对洁净。泵吸口间隔设计为1.5m，可避免因水池表面积大易析出气泡而对水泵吸程产生影响。稳压罐(图1为稳压罐组实物图)设计了多层阻尼板，可吸收波动，稳定水压。水泵组选用多台低噪音多极离心泵，每台水泵配有变频器。泵的开启采用计算机控制模式，运行过程中计算机可根据流量大小，通过有源的RS232-485转换器直接向水泵发送指令，抗干扰性强、高效节能。

图1　稳压罐

2.1.2管道系统

根据实验室场地条件，设计了小(DN4- DN50)、中(DN50- DN300)、大(DN350- DN 800)三套独立运行的管路。其中常用的DN50- DN100管路采用转盘式结构，其他采用平铺结构。三套管路均满足表前直管段40D，表后直管段20D的要求，并采用缩管的方式，以减少扰动对流体的影响。同时设计阀门和气动管路，实现水表装、卸过程的自动控制。图2为中、大口径试验管路分布实景图。

图2　中、大口径试验管路

2.1.3计量系统

为保证装置的高准确度等级，综合换向器、温度及其他各种因素的影响，配套量器的最大允许误差应不超过±0.05%，配套衡器的最大允许误差应不超过±0.02%。因此，采用分辨力为0.1mm的传统液位指示装置与容积法配套；三台托利多称重传感器和称重显示仪与称量法配套，其量程分别为30kg、300kg、1500kg，最小分度值为5g、50g、250g。作为标准表的三台口径分别为DN3、DN15和DN80的电磁流量计准确度等级为0.2级(在检测过程中作为在线控制仪表，可显示实际流量数值并对流量点进行控制)。

检定无信号输出的直读指针式或字轮数字式的流量计(水表)时，计算机采用摄像及图片处理技术读取数据，可分辨表盘最小位读数的1%。

2.2　程序系统

PLC是目前组成控制系统的主流核心部件[5]，具有抗干扰能力强、可靠性好、通用性强等优点。因此采用工控机+PLC的控制模式。同时采用灵活、开放的仿真平台(ODE)及开放数据库互连(ODBC)引擎，通过结构化查询语言数据库(SQL)编写数据库的访问、操作程序。编写的程序系统具有信息输入、自动检定、报表打印、数据查询等功能。

系统中的遥控启停功能模块，可使用遥控器遥控换向器的换向动作，缩短换向时间。自动保护与故障报警模块，可有效防止量筒液位过高、意外断电引起水溢出、触电等各类危险事件发生。数据采集模块，质量法时采用计算机直接读取衡器数据的模式；容积法时采用摄像法和高精度液位计相结合的模式；标准表法时可采用电流、电压、频率、脉冲等四种模式。检测模块实现计算机自动检测功能，检测时，在计算机上设定参数后，由系统自动完成单流量点或多流量点的检测工作，计算机显示实际工况状态参数，检查过程中可随时调用相关数据。图3是计算机显示的状态参数。

图3　计算机显示的工作界面

3　装置的技术指标

该装置严格按照相关规程进行设计、制造，与国内外同类技术比较，具有流量测量范围宽、准确度高、稳定性好、操作简单等优点。其主要技术指标如下：

准确度：标准表法MPE为±0.2%，容积法MPE为±0.1%，质量法MPE为±0.05%。

管道水源压力：0.4MPa。

流量范围：0.004～6000m3/h。

被检流量计(水表)口径： 4～800mm。

可检测流量计类型：容积式流量计、速度式流量计、水表、电磁流量计、质量流量计等。

4　小结

该装置列入国家质检总局科技计划项目2008QK132(高准确度水流量标准装置的研制)，目前已通过验收。在设计和制造过程中参考并借鉴了国内外先进技术和设计范例，检测能力已达国内领先水平。

依托该装置，本单位可在发挥自身人才、技术、装备、科研等方面的综合优势的基础上，提升和完善检测能力，缩小计量技术机构自身的能力与社会发展要求之间的差距，有效为社会、企业服务，同时为其他地区类似装置的建设提供一定的参考经验。

[1]郭建林.水流量标准装置性能评价与提高节流装置的标定精度[J].动力工程，1990,10 (3):39-44

[2]朱爱民，赵五州，刘辰魁.静态容积法、标准表法互补水流量标准装置的研制[J].计量技术，2007(5):41-43

[3]JJG 164—2000液体流量标准装置检定规程[S]

[4]JJG 643—2003标准表法流量标准装置检定规程[S]

[5]赵士铭,郭永涛.水流量标准装置控制系统[J].中国计量，2008(2):104-106