浅谈天然气实流检定系统的设计和优化

常帅

摘 要：数据接收和评价系统对检定系统的不确定度和准确度要求非常严格，应当确保在不确定度评估过程中可忽略该系统产生影响，且该系统不会随意发生故障。天然气实流检定系统包括流量控制系统和流量检定系统，检定系统的核心是流量计脉冲信号的采集和数据处理。如何提高脉冲信号流量计的脉冲信号采集的准确度成为降低流量检定不确定度非常重要的一项内容。

关键词：流量计检定；脉冲信号；数据采集与处理

1 天然气流量计检定过程中，标准流量计和被检流量计脉冲信号的采集处理

在检定过程中，標准流量计（涡轮流量计）输出脉冲信号，被检流量计（如涡轮、转子流量计）也输出脉冲信号，应注意脉冲信号处理的同步性，脉冲及其周期计数的准确性会影响武汉分站系统不确定度。

标准表的双高频脉冲信号（MM P1和MM P2）和两个被检表的高频脉冲信号（MUT P1和MUT P2）。标准表有两个成90°安装的同频脉冲发生器，被检表的脉冲信号频率与标准表不同，一般比标准表低。被检表（MUTP1）高频脉冲信号至上升沿时开始计数，如果只记录脉冲数，则在此段时间MUTP2将丢失了两个脉冲信号。

可采取下述办法进行修正：記录总测量时间内（Δtmc）内，所有高频脉冲脉冲数及其周期。时间分辨率为最高频率的10倍，如最高频率为5kHz，则时钟频率应为50kHz，即每20us记录一次。

每个检定点的检定时间为60秒或是90秒，即每个脉冲通道采集的脉冲数的可达450000个，因此实际采集的脉冲数和记录周期多。

某检定站有36路脉冲输出：11台标准涡轮流量计和2台传递级标准表，每台具有2路高频脉冲输出；每条检定支路上2台被检表，每台被检表5路脉冲输出。所有信号由相同的时间源和触发源控制。

信号的采集和触发应注意同步，当然，并非所有通道需要同时操作，但至少应保证系统可同时处理22路脉冲信号。

上面结果是标准表和被检表测得的工况流量V，在不同工况下的流量不能直接比较，应进行转化。建议优化脉冲信号采集和处理方法的不确定度。

2 非脉冲信号流量计数据处理

对于超声流量计或差压流量计等无法输出脉冲信号的非机械流量计，可直接测量其流速，当然对能够产生脉冲信号的流量计，也可使用1节的方法处理。但是通常利用流速计算流量Vmp：

一个测量周期内测得的qmi越多，结果越有准确。qmi传输方式取决于流量计类型和制造商，流量计厂家采用的模拟/HART信号转换至串行协议的方式多种多样，因此数据采集系统应兼容常用的数据传输协议，并留有扩展功能。常用串口类型包括RS485、RS422以及RS232。

3 标准流量计脉冲一致性检测

应经常核查标准流量计，确保其误差处于可控范围内。

应经常在系统后台核查标准流量计高频脉冲一致性，可采用8.1节中的方法，即直接比较MMP1和MMP2流量Vmp，如两者相同，则可以继续使用；如有偏差，应在系统中予以提示。

4 标准流量计与被检流量计之间的流量转换

在相同工况条件下比对标准流量计与被检流量计流量，可以转换成标准流量计条件下或被检流量计条件下，当然如果被检流量计只能输出标况流量，那么也可以转换到标况下。

标准流量计与核查流量计检定点多于普通被检表，例如，G1000至少检定10点（65，80，160，250，400，650，1000，1600，1900m3/小时），其中（Qmin—Qmax）有8个点，另外两点为0.8Qmin和1.2Qmax。对于G250，检定点为：16，20，32，40，65，100，160，250，400，475m3/小时。

可以根据需要增加检定点，以便得到更准确的误差曲线。拟合曲线数学模型选用雷诺数为自变量，具体如下：

综合以上因素，可以从标准表和被检表脉冲信号和非脉冲信号的处理，分析误差曲线，压力温度信号的采集与处理，标准流量计脉冲一致性检测，标准流量计与被检流量计之间的流量转换等方面进行优化，以确保实流检定系统数据的准确可靠。

参考文献

[1]张爱军，杨焕诚.天然气流量计实流标定装置设计方案[J].企业标准化，2008，（Z3）：11.

（作者单位：中国石油化工股份有限公司天然气分公司计量研究中心）