智能流量积算仪检定中一点问题的思考

李建鹏 崔耀华 周文辉 孙彦楷

(河南省计量科学研究院，郑州 450008)



智能流量积算仪检定中一点问题的思考

李建鹏 崔耀华 周文辉 孙彦楷

(河南省计量科学研究院，郑州 450008)

单片机的问世和快速发展，大大提高了智能流量积算仪的流量计算精度、可靠性、稳定性等性能。市场上也出现了种类繁多的流量积算仪，各仪表的技术和设置参数各异。在检定过程中发现，一些使用一定时间后的流量积算仪会出现温度、压力信号的漂移，严重的会使仪表示值误差超出要求的精度范围。本文针对一种配合涡街流量计、Pt100铂电阻、压力变送器，用于过热蒸汽计量，可在二级参数中校准流量、温度、压力等信号的流量积算仪。首先在理论上分析影响流量积算仪计算精度的各输入参数测量原理，理论上得出Pt100铂电阻是影响计量的最大影响因素；然后结合检定过程实际检定数据，提出在检定此类可校准输入信号的流量积算仪时，应先校准输入信号再检定。希望在以后的流量积算仪检定规程修订中，能够根据现在各类积算仪性能细化检定方法。

智能流量积算仪；测量原理；温度漂移；过热蒸汽计量；测量误差

0 引言

流量积算仪作为流量计量的二次仪表，也是直接面向用户的部分，其能够有效地监测和控制流量。单片机的出现和不断提高的性能,促进了仪表的智能化进程。基于单片机的智能流量积算仪具有系统稳定性好、可靠性高、低功耗等特点[1]，能与涡街流量计、电磁流量计、涡轮流量计等速度式流量计和孔板、V锥等差压式流量计配合，计算瞬时和累计流量，同时还可接入模拟电流、电压的温度和压力传感器，并具有RS 485或RS232通讯。

一般情况下，智能流量积算仪在出厂时，各流量、压力和温度通道都会经过出厂标定，但是在使用一定时间后会出现温度或压力出现漂移，智能仪表显示值偏差大的情况。而标准状态下流量、饱和蒸汽和过热蒸汽密度等的换算和计算完全是依据介质温度和压力参数测量，各通道参数测量不准就会给瞬时、累积流量带来很大误差，给贸易结算双方带来一定的经济利益损害。现在市场上流量积算仪种类繁多，功能参差不齐，有的积算仪带温度和压力标定功能，有的只在出厂时标定，在后期使用中不能标定。下面就一种配合涡街流量计、压力变送器和Pt100铂电阻，用于过热蒸汽计量的智能积算仪在理论上和实际使用中，温度和压力对流量积算仪计量性能的影响作以分析。

1 智能流量积算仪

1.1 Pt100铂电阻测量及补偿原理

热电阻是基于导体或是半导体电阻随温度而变化这一特性进行温度测量的。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它性能稳定，测量精度高，被广泛应用于工业测温，还被制成标准的基准仪。目前在蒸汽计量上应用最多的是铂电阻。

目前，热电阻主要有二线、三线和四线三种引线方法。在蒸汽计量上基本上都采用三线制接线方法。为了补偿一定的接线电阻对铂电阻测量的影响，一般采用电桥法进行测量。测量原理如图1所示。

图1 三线制平衡电桥法测量原理图

图2 理论值与实际值

1.2 压力、流量信号影响分析

由于A/D转换不能直接针对电流信号，所以在转换前应先采用类似图3的转换电路，将电流信号转换为电压信号。

通过短路环将R1、R2和R3电阻短接,就可以把电流信号转换为电压信号。通常R1和R3阻值较大，容易产生电压阻塞效应，接入小电阻R2是为了避免电压阻塞效应。转换成为电压信号后,再接入放大电路转换成所需要的基准电压就可以进行A/D转换了。而现在采用较高精度的A/D 转换器，在使用中就可以直接忽略掉压力测量带来的误差影响[4]。

在供暖中经常使用的涡街流量计输出的脉冲频率信号，仪表的定时由晶振分频而来，通过调整定时器的定时常数就可以精确定时, 易达到优于土0.1 % 的精度。在流量积算仪计算中脉冲流量信号的影响可忽略不计。

2 流量积算仪检定及结果分析

依据JJG 1003—2005《流量积算仪》检定规程，流量积算仪的检定方法包括外观及功能检查、基本误差检定、小信号切除、电源变化影响、绝缘电阻和绝缘强度等内容[5]。在仪表使用一定时间后，主要变化的项目是流量计算的基本误差。文中将针对山东思达特ST901A型，编号为1010645的流量积算仪在检定过程中遇到的问题作以分析。此流量积算仪与涡街流量计、压力变送器、Pt100铂电阻配合，用于过热蒸汽的计量。依据检定规程要求，具体接线示意图如图4所示。

图4 接线示意图

依据检定规程中附录B.1.5，该过热蒸汽计量的数学模型为：

(1)

式中：qm为质量流量，t/h;F为频率，Hz；ρ为过热蒸汽密度，kg/m3。

由式(1)可知，流量积算仪的误差主要来源于脉冲信号测量和密度计算环节。在GB 9248—88《不可压缩流体流量计性能评定方法》[6]中给出了由温度和压力计算密度的定量计算公式。所以，积算仪的误差主要是受脉冲信号、温度、压力测量的影响。该流量积算仪二级参数设置为：仪表系数K为2515/m3，压力为0～1.6MPa，温度为0～405℃，检定数据如表1所示。

表1 校准前检定数据

由此可得出，该流量积算仪的瞬时流量示值误差超过规程对0.5级仪表的要求，示值误差超差，依据规程可判定为不合格。但仔细研究可发现，虽然依据Pt100铂电阻分度表，给该积算仪加载了对应于200℃的标准电阻值，但是该仪表显示的温度却为198.3℃，压力示值显示正常。在该智能流量积算仪二级参数设定中，有如图5所示的可校准流量、压力、温度和热阻的选项。

图5 ST901A二级参数设定界面

而后，针对此仪表在检定中铂电阻输出温度不准的情况进行校准，校准后输入175.86Ω标准电阻值时，该仪表显示温度为200.05℃。重新检定该仪表的数据如表2所示。

依据流量积算仪检定规程中对0.5级的要求，可以看出该仪表的瞬时流量示值误差在合格范围内，可以出具检定证书。

表2 校准后检定数据

流量积算仪瞬时流量、累积流量、热值的计算是通过流量积算仪核心处理器由采集来的流量、温度、压力等信号，依据程序中合适的数学模型计算而来。而Pt100铂电阻和压力信号首先需经转换电路转换，还要经过一次或多次运算放大器。在实际运用中，运放一定存在温漂或稳定性的问题，这就是流量积算仪在使用一定时间后会降级使用或是示值误差超差的原因所在。虽然现在有些智能流量积算仪可以对输入信号进行校准，但是硬件中随着时间不可逆转的变化，可能不能完全校准过来，在实际的检定过程中，建议先对此类仪表的输入信号进行校准，如校准后还不能够满足规程要求，可开具不合格证书。

3 结论

用于过热蒸汽或饱和蒸汽计量的智能流量积算仪，温度的误差对积算仪计量准确性影响很大。在日后检定过程中，建议对可校准输入参数的此类仪表先校准输入参数后再检定。在以后流量积算仪规程的修订中，希望能细化检定方法，可考虑对生产厂家提出加入对输入通道校准的人机界面，从而提高仪表的使用精度及年限。

[1] 安徽天康(集团)股份有限公司．智能流量积算仪使用规范书[Z]

[2] 李挺,朱金刚,赵良煦.热电阻测温仪导线电阻补偿新方法[J].电子测量技术,2001(1):38-39

[3] 甘英俊， 周宏平.基于三线制的高精度热电阻测量电路设计[J].电子设计工程, 2010,18(12)：31-37

[4] 刘正宣,靳斌.基于ADuC847 的温度校准仪的设计[J].工业仪表与自动化装置，2009(2):35-39

[5] JJG 1003—2005 流量积算仪检定规程[S]

[6] GB 9248—88不可压缩流体流量计性能评定方法[S]

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.20