水流量标定计量软件的研发与应用

臧振胜

（中油辽河工程有限公司，辽宁 盘锦 124010）

JJG164-2000《液体流量标准装置检定规程》中对装置的计量性能要求、通用技术要求和计量器具控制都做了明确的说明。常规的液体标定介质为水，装置通常包括标准表法（比较法）和质量法（称重法），被检仪表包括：质量流量计、速度流量计、容积流量计、涡街流量计、涡轮流量计、电磁流量计、超声流量计、靶式流量计和差压流量计（孔板流量计和V锥流量计）。装置使用时的测量数据多，后续系数和误差的计算过程复杂，通常应用组态软件和上位机两种方式开发实现自动化控制，以提高测试效率和可靠性[1]。

图1 水流量标定装置界面图Fig.1 Water flow calibration device interface diagram

装置在测试过程中，需要对标准表、被检表和时钟晶振脉冲进行脉冲FI信号采集，对工况压力变送器、温度变送器及被检表的电流AI信号进行采集，对换向器、管路阀门、夹表器等开关量DI信号进行采集。为了实现两种测量方法的自动化，还需要根据设置进行逻辑控制，包括换向器、管路阀门、水泵的开关量DO控制，水泵及定位阀门的AI控制。上位机计量软件需要实现远程控制和数据采集、记录、计算和报表[2]。

1 标准表法（比较法）

图2所示标准表法（比较法）测试记录，默认情况下共有7个检定点，每个检定点3次，与称重法不同的是标准器读数是标准表脉冲数和标准表系数两列，单次测试需要记录的数据包括：检定点数、检定次数、检定时间、检定流量、标准表脉冲数、标准表系数、介质密度、标准质量、被检表脉冲数/被检表电流值/被检表瞬时流量读数/被检表累积流量读数、介质压力和介质温度[3]。标准表法数据的计算公式为

标准时间 = 1/晶振时钟×脉冲数

标准表脉冲数 = 启停时间段内标准表脉冲数

被检表脉冲数 = 启停时间段内被检表脉冲数

标准表频率 = 标准表脉冲数/标准时间

标准表K系数 = f（标准表频率）；//插值法实现标准体积 = 标准表脉冲数/标准表K值

介质密度 = f（工况温度，工况压力）

标准质量 = 标准体积×介质密度

标准平均瞬时质量流量 =标准质量/标准时间

标准平均瞬时体积流量 =标准体积/标准时间

1）未知被检表K系数时：

被检表质量K系数 = 被检表脉冲数/标准质量

被检表体积K系数 = 被检表脉冲数/标准体积

2）已经被检表K系数时：

图2 标准表法（比较法）测试记录Fig.2 Standard table method (comparative) test record

被检表质量 = 被检表脉冲数/被检表质量系数

被检表体积 = 被检表脉冲数/被检表体积系数

被检表误差

= （被检表质量-标准质量）/标准质量×100%

= （被检表体积-标准体积）/标准体积×100%

3）被检表4mA～20mA电流输出时：

被检表平均瞬时流量 =（被检表平均电流 - 4.0）/16.0×（被检表量程上限 - 被检表量程下限）+ 被检表量程下限；//启停时间内平均值

被检表误差 = （被检表平均瞬时流量 - 标准平均瞬时流量）/标准平均瞬时流量×100%

4）被检表瞬时流量读数：

被检表误差 = （被检表瞬时流量读数 - 标准平均瞬时流量）/标准平均瞬时流量×100%

5）被检表累积流量读数：

被检表误差 =（被检表累积质量读数 - 标准质量）/标准质量×100%

被检表误差 =（被检表累积体积读数 - 标准体积）/标准体积×100%

2 质量法（称重法）

图3所示质量法（称重法）测试记录，默认情况下也是有7个检定点，每个检定点3次，与标准表法不同的是标准器读数是秤示值和修正后质量两列，单次测试需要记录的数据包括：检定点数、检定次数、检定时间、检定流量、秤示值、修正后质量、介质密度、标准质量、被检表脉冲数/被检表电流值/被检表瞬时流量读数/被检表累积流量读数、介质压力和介质温度[4,5]。质量法数据的计算公式为

标准时间 = 1/晶振时钟×脉冲数

图3 质量法（称重法）测试记录Fig. 3 Quality method (weighing) test record

标准表脉冲数 = 启停时间段内标准表脉冲数

被检表脉冲数 = 启停时间段内被检表脉冲数

秤示值= 结束秤质量 - 起始秤质量

浮力系数 = f（大气的密度）

标准质量 = 浮力系数×秤示值

介质密度 = f（工况温度，工况压力）

标准体积 = 标准质量/介质密度

标准平均瞬时质量流量 = 标准质量/标准时间

标准平均瞬时体积流量 = 标准体积/标准时间

后续被检表5种情况的系数及误差计算方法与上述标准表法相同。称重法需要使用电子电平对水介质进行精确的质量测量，电子天平预留232/485串口，通过非标协议实现当前质量的读取操作，通常用组态软件自带的厂家驱动或者用上位机编写驱动程序实现电子天平的数据实时采集，或者应用PLC实现自由口协议的非标设备数据采集[6]。

3 数据处理

3.1 标准表仪表系数

应用标准表法进行计量时，需要通过标准表的实时频率f计算出标准表的仪表系数K值，通过插值法计算实现，bzbdks为标准表K值，temp1～temp5代表标定频率值，temp11～temp15代表标定系数K值[7]。

if (f＜temp1) //定点系数计算

{bzbdks=temp11;}

if (f＞=temp1 && f＜temp2)

{bzbdks=(temp12-temp11)*(f-temp1)/(temp2-temp1)+temp11;}

if(f＞=temp2&&f＜temp3) {bzbdks=(temp13-temp12)*(ftemp2)/(temp3-temp2)+temp12;}

图4 被检表精度等级计算工具Fig.4 Checked table accuracy level calculation tool

if(f＞=temp3&&f＜temp4) {bzbdks=(temp14-temp13)*(ftemp3)/(temp4-temp3)+temp13;}

if(f＞=temp4&&f＜temp5) {bzbdks=(temp15-temp14)*(ftemp4)/(temp5-temp4)+temp14;}

3.2 被检表系数和误差

被检表的仪表系数为检定点中3次测量仪表系数的平均值，重复性用贝塞尔公式计算结果除以仪表系数平均值得到[8,9]。在整个测试记录中：

误差 = （系数最大值 - 系数最小值）/（系数最大值 +系数最小值）×100%

仪表系数 = （系数最大值 + 系数最新值）/2

重复性 = 重复性最大值

被检表的精度等级需要结合误差值和重复性值进行判断，不同被检表的重复性要求并不相同，如质量流量计、速度流量计要求重复性满足误差的1/2，超声流量计要求重复性满足误差的1/5，其余的流量计要求为1/3。此外，涡街流量计和超声流量计进行液体测量时需要有qt分界流量处理，大于等于qt时需满足上述常规要求，小于qt时满足2倍的要求就可以，图4是针对不同被检表设计的精度等级计算工具软件界面图。

4 结论

本文阐述了标准表法（比较法）和质量法（称重法）的水流量标定装置上位机软件的研发和应用，介绍了两种测试方法需要采集的现场数据，标准表、被检表和标准时间的信号采集过程，标准质量、标准体积、标准时间、标准表K值、测试记录的仪表系数、重复性和误差计算过程。经测试比较，水流量标定计量软件可以稳定高效地实现被检表的数据采集和后续计算，达到了预期的设计效果。