液体流量计实验室检定和在线校准计量比对分析

刘宜仔，万 勇，陈汉松，杨端益

(广州能源检测研究院，广东 广州 510000)

1 引言

企业在取水计量系统中使用的液体流量计种类及生产厂家较多，主要有电磁流量计、超声流量计、水表(机械水表、超声水表)等[1-5]。企业在使用过程中因工作环境、使用条件、人为因素等原因，都可能造成计量器具的计量性能发生变化，出现计量“失准”情况，从而造成计量纠纷，影响产品质量、能耗数据偏差、环境监测不力等后果。这就要求企业根据流量计种类对应的国家计量检定规程要求按期溯源，以保证流量计的计量准确性。但是，取水计量系统使用的计量器具可能存在体积较大、安装位置狭小、安装管道没有退缩位、拆卸成本高及再次安装难度大等原因[6-8]，且由于生产生活用水的连续性，一般不允许中断供水而把流量计拆卸出来，这就导致流量计的定期检定工作难以完成。因此研究液体流量计在线检定技术，在不必拆卸的情况下实现液体流量计的定期溯源，在一定程度上保证流量计计量准确性，具有重大意义[9-13]。

目前，对于取水计量的液体流量计，国家并未出台相关的在线检定规程，现有的各类液体流量计检定规程中也未提及在线检定的要求和检定方法，地方检定规范也较少，这使得在线检定结果的可靠性缺少必要的技术依据。因此，笔者比对分析了液体流量计实验室检定结果与在线校准结果，旨在验证在线校准结果的可靠性，为在线检定方法提供技术依据。

2 比对方案

2.1 比对形式

如图1所示，采用相对比较法的形式，对同一液体流量计分别进行实验室检定和现场在线校准，比对2次的检定/校准结果，并进行分析和验证。

图1 计量比对流程Fig.1 Comparison process of measurement

2.2 抽样

以取水计量系统常用的电磁流量计、超声流量计和水表(机械水表、超声水表)为鉴定对象，根据本省范围内的使用企业送至实验室检定的流量计，抽取上述类型流量计样本数量100台进行比对，具体抽样情况见表1。

2.3 实验室检定

对本省范围内的使用企业送至检定员所在单位水流量实验室的取水计量流量计，按照仪表类型对应的国家检定规程的要求进行检定[14-16]，记录检定数据和检定结果。

根据表1抽取检定合格的各类流量计，做好使用该流量计的企业资料登记，包括企业名称、地址、联系方式等。

表1 取水计量系统流量计抽样分类Tab.1 Flowmeter sampling classification of water intake metering system

2.4 在线校准

对实验室抽取的样本第一时间联系企业，跟踪企业流量计安装情况和安装条件，并与企业确定对该流量计进行现场在线校准。

2.4.1安装要求

安装应确保流量计前后管道内充满介质，管道压力应满足流量计使用要求。流量计前后直管段应按照流量计使用说明书的要求安装：如果说明书未作规定，则流量计应安装在离任何上游扰动部件(除取压孔、温度计插孔外的任何障碍或连接支管)至少10倍管径和离任何下游扰动部件至少5倍管径的直管段中，并留出满足标准器安装要求的管道。当上游直管段长度不够时，可以安装整流器，安装后其整流效果应达到流量计使用要求。

2.4.2校准规范

对符合安装要求的流量计进行校准，校准时不得改变实验室检定后流量计的相关系数等设置。

(1)校准计量器具

流量计校准设备配置如表2所示。

表2 流量计校准设备配置Tab.2 Configuration of flowmeter calibration equipment

(2)技术条件

环境条件：温度，0～5℃；湿度，35%～95%RH；大气压力：86～106 kPa。

管道材质：应采用金属、塑料、陶瓷、玻璃及其它适合便携式超声波流量计检测的材质。

(3)校准方法

① 确定管道外径

图2 管道外径和管道壁厚示意Fig.2 Schematic diagram of outer diameter and thickness of pipeline

(1)

式中φimax为各位置管道外径中的最大值；φimin为各位置管道外径中的最小值。

② 确定管道壁厚

(2)

③ 确定标准超声波流量计传感器安装尺寸

根据标准超声波流量计使用说明书，使标准超声波流量计处于正常工作状态，输入管道外径、管道壁厚、材质等各种参数，从而获得传感器安装尺寸。

④ 确定安装位置

根据标准超声波流量计传感器安装尺寸，用钢卷尺确定安装位置。标准超声波流量计传感器安装位置应保证在L1～Ln之间。

⑤ 每次校准时间

根据管道流量确定每次校准时间，具体时间要求见表3。

表3 校准最短时间Tab.3 Minimum calibration time

⑥ 校准流量点和校准次数

校准流量点选择与实验室检定流量点相同或相近，每个流量点至少校准3次。

(4)校准数据处理

相对示值误差按式(3)、式(4)计算：

(3)

式中Ei为第i次校准相对示值误差，%；Vi为第i次校准流量计测得的累积流量值，m3；Vsi为第i次校准标准超声波流量计测得的累积流量值，m3。

(4)

2.4.3校准结果

因现场校准条件不及实验室，确定取水计量流量计的最大允许误差为±5.0%，在最大允许误差范围内的判定为校准结果合格，超过最大允许误差的判定为校准结果不合格。记录完整的校准数据和校准结果。

3 比对结果判定

根据实验室检定结果与在线校准结果进行比对，如果两次结果均合格，则判定此次在线校准结果可靠，否则为不可靠。

统计所有样本在线校准结果的可靠率，验证在线校准的可靠性。从统计学的概率分析，如果可靠率大于等于90%，则认为在线校准结果可靠，否则不可靠。

统计抽取的100台不同类型的取水流量计在线校准结果可靠数量，如表4所示。

表4 在线校准结果可靠数量统计Tab.4 Reliable statistical results of online calibration

从统计数据可知，各类流量计在线校准结果总体可靠率达97%，从统计学的概率分析，可以认定为对取水流量计在线校准的结果是可靠的。其中部分流量计出现了在线校准结果的不可靠，可能是因为受到现场流量计安装、使用、介质等因素的干扰，导致该流量计在实验室检定合格后，现场使用时出现计量不合格的现象。

4 结 语

针对目前取水流量计缺乏在线检定相关技术依据的情况下，通过设计液体流量计实验室检定结果与在线校准结果的比对方案，并分析比对结果，验证在线校准结果的可靠性，为在线检定技术提供技术依据。对比分析检定结果表明：各类流量计在线校准结果总体的可靠率达97%，从统计学的概率分析，可以认定为对取水流量计在线校准结果是可靠的。