大口径液体流量仪表在线检测方法_李元满.pdf

2023年 6月流体测量与控制第 4卷第 3期（总第 16期）大口径液体流量仪表在线检测方法Discussion on Online Measuring Method of Large Diameter Liquid Flow Meter李元满（肯威斯（上海）测试技术有限公司，上海 201502）LI Yuanman（Kenvis（Shanghai）Test Technology Co.，Ltd.，Shanghai 201502，China）摘要：大口径流量仪表在实际应用时，因不能断流及拆卸复杂，周期溯源与检测一直是流体计量的难题。结合现有的在线检测技术，提出一种同管径、小量程比或定点量传溯源的检测方法。采用便携式超声流量计和插入式电磁流量计相结合的方法，在实验室同管径、相同流量范围条件下同步溯源，再将实验室溯源后的标准流量计在相同安装方式下装夹到现场管道上，对现场大口径流量仪表进行检测实验。根据现场安装条件，可以在现场管道上同时安装 2种标准流量计进行检测，2种流量计可以相互核查，提高现场校准的可靠性，也可以单独对现场流量计进行定点量传溯源检测。通过实验验证，为大口径流量仪表的在线检测可靠性和测量精度的提高，提供了一种新的方法。关键词：流体测量；大口径；在线检测；仪表校准；超声流量计；电磁流量计Abstract：After the large-diameter runoff meter was put into use，due to the undisconnection and the complexity of disassembly，cycle traceability and detection have always been a problem in fluid measurement.Combining with the existing on-line detection technology，a detection method with the same diameter，small range ratio or fixed point measurement traceability was proposed.The method of combining portable ultrasonic flowmeter and plug-in electromagnetic flowmeter is adopted.Firstly，the source tracing is synchronized in the laboratory under the same pipe diameter and flow range，and then the standard flowmeter traced in the laboratory is clamped to the field pipeline in the same installation mode，and the field large runoff meter is tested.According to the site installation conditions，two kinds of standard flowmeters can be installed on the field pipeline at the same time to detect the flowmeter，the two flowmeters can check each other，improve the reliability of field calibration.It can also be used alone to detect the spot flow meter.Through the experimental verification，a new method is provided for the reliability and accuracy of the on-line measurement of the large runoff meter.Key words：fluid measurement；metering；large diameter；online testing；instrument calibration；ultrasonic flowmeter；electromagnetic flowmeter中图分类号：TH 715.3 文献标志码：A 文章编号：2096-9023（2023）03-0011-051前言随着城市化的快速发展，市政工程用水量和排放量也随之增加，大口径流量仪表的需求量也不断增加，在水库引水、源水进水厂、自来水出厂、污水处理和污水排放等方面得到广泛应用。同时，相应的流量计在投入使用后所面临的周期检测问题也日益突出。目前，国内外使用的大口径流量仪表包括电磁流量计、超声流量计、差压式流量计等，这些大口径流量仪表在长期使用后，需要校准检测，采用的方法主要有：离线检测，将被检流量仪表拆卸下来送到流量计量实验室校准检测，校准后，再将被检表安装到管道上；在线检测，利用经实验室溯源的流量计作为标准器，对被检流量计进行流量比对检测；仪表参数检测，对被检表的传感器、转换器进行电参数测量及功能性检查，确认流量仪表的可靠程度；清水池容积法，是以现场的清水池作为一个标准容器，在一段时间内采集通过被检流量计的流量和清水池的容积量（增加量或减少量），以清水池容积量作为标准值，计算被检流量计的误差，以达到检校流量计的目的。理论上，以上检测方法基本可以满足大口径流量仪表的检测需求，但在实际检测过程中，每种方法都有一定的局限性。大口径流量计一般体积和质量都比较大，有的仪表安装在地下管道中，若要 11Jun.2023Vol.4 No.3 Fluid Measurement&Control进行离线检测，需要从管道上拆卸下来送到流量计量实验室，费时费力；有的仪表需全天候运行，不能长时间停水，更不具备拆卸条件；仪表参数检测方法，难以直观地反映仪表的实际流量误差；清水池容积法，前期投资成本高，检测效率低；在线检测，因标准器在现场使用条件与实验室溯源条件不一致、安装条件不同及受人为因素的影响，检测的准确度会降低。目前，大口径流量仪表的检测，通常是以便携式超声流量计为标准表的在线检测方法，此方法的优点是标准表直接装夹在被检流量计管道上，不需要停产，不影响企业的正常生产经营。缺点主要有：标准表的现场检测条件与实验室溯源的条件不一致（管道口径、流量范围）；现场管道内径腐蚀，尺寸测量偏差；现场检测井安装空间不足；标准器无法在线核查。本文通过采用便携式超声流量计和插入式电磁流量计为标准器，分析 2 种不同测量原理的标准表相结合的在线检测方法，可以相互验证，提高了检测数据的置信度。根据现场在线检测的条件，在实验室用相同安装方式、相同管径、相同流量范围定点溯源，溯源后再对大口径液体流量仪表进行在线检测，提高了测量精度和可信度。2检测方法2.1标准器选择目前，大多采用便携式超声流量计比对法在线检测大口径液体流量仪表1-7，便携式超声流量计现场检测安装方便，可以快速地安装在被检表管道上，不需要停产拆卸管道，不影响企业的正常生产运营。但由于现场管道环境各不相同，在现场检测中，影响测量结果的因素较多，例如：标准表溯源的管道口径和流量范围与现场不一致、现场检测井空间不满足标准表的安装等，导致最终的测量结果可信度较低。为了提高现场检测的精度，本文提出了依据现场管道情况，进行标准表（便携式超声流量计、插入式电磁流量计）定点流量范围溯源，并与 2种标准表相结合相互核查的方式进行现场检测。该方案以 2台标准表现场检测数据的平均值为标准流量数据，与被检表流量进行比对计算，提高了测量精度，可以有效避免因标准器发生偏离造成测量结果异常。2.2便携式超声流量计原理超声流量计是基于声波在流动介质中传播的时间与流量的关系，超声波在流体中传播时就会承载流体的流速信息，通过接收到的穿过流体的超声波就可以检测出流体的流速，再换算成流量。检测方法中，应用最为普遍的是速度差法，其基本原理是利用测量超声波脉冲在顺流和逆流介质中传播过程中的速度差来反映流体的流速8-9，常用的方式为 V 法。便 携 式 超 声 流 量 计 的 测 量 原 理 如 图 1所示。图 1 中：L 为换能器安装的距离；d 为管道的内径；D 为管道的外径；1为超声波在管材中的折射角；2为超声波在流体中的折射角。流速和流量计算公式分别为u=L2sin 2 cos 2t2-t1t2t1 （1）Qv=4 d2u （2）式中：t1为超声波顺流传播时间；t2为超声波逆流传播时间。2.3插入式电磁流量计原理在封闭管道中，设置一个与流动方向垂直的磁场，通过测量导电液体在磁场中运动所产生的感应电动势计算出流量。把需测流量的流体管道开一个孔，电极头深入到管道内，励磁线圈置于测量头，产生一个脉冲直流磁场，正交于测量头，流体垂直于磁场流动感应产生电动势 U，感应电动势 U 与管道流速 v 成正比10-12。插入式电磁流量计工作原理如图 2所示。极棒前端固定的 2个电极检出感应电势，其计算式为U=KBvD1 （3）式中：U 为感应电动势，V；D1为电极间距离，m；B为磁通密度，Wb/cm2；v为平均流速，m/s；K 为与磁场分布及轴向长度有关的系数。图 1超声波流量计测量原理 122023年 6月流体测量与控制第 4卷第 3期（总第 16期）2.4实验流程根据某水务公司 1台 DN 1200口径的电磁流量计现场检测需求，采集现场仪表及流量计工况信息，依据现场工况，在实验室对便携式超声流量计和插入式电磁流量计在相同条件下进行定点溯源。溯源后按照实验室相同操作条件进行现场检测，对实验数据进行分析。本次实验选用的标准表为：便携式超声流量计，精度 0.5级；插入式电磁流量计，精度 0.5级；标准表溯源至实验室水流量标准装置，标准装置的测量范围 DN 2DN 2400，不确定度 0.16%；现场被检流量计为 DN 1200，流量范围为 1 2206 100 m3/h（0.31.5 m/s），常用流量点为 4 200 m3/h（约 1.1 m/s）。标准表溯源如图 3 所示，溯源至水流量标准流量装置如图 4所示。2.5安装条件和方法2.5.1实验室定点溯源及安装（1）相同口径管道安装。将便携式超声流量计和插入式电磁流量计同时安装在和现场工况一致的 DN 1200 试验管道上溯源，减少因不同管径溯源对标准表计量性能的影响。同一台便携式超声流量计在 DN 2DN 2400 水流量标准装置上，溯源检测不同口径的仪表系数，见表1。由表 1可知：管道口径相同，0.31.5 m/s流量范围内仪表系数线性误差在0.5%以内，符合标准表精度要求；管道口径不同，便携式超声流量计的仪表系数随管道口径的增大而减小，DN 100 与DN 1000 口径仪表系数相差了 1.37%，说明同管径溯源对现场检测精度非常重要。（2）相同流量范围定点溯源。现场流量计的常用流量范围比较小，为了提高标准表的计量精度，可以缩小仪表的量程比。标准表的溯源流量范围和流量点，可以覆盖被检流量计的常用流量点即可。（3）相同安装的重复性。按照同一方法和安装点，在实验室的管道上安装 2次并检测，分析安装的差异性。在现场检测时，复 现 实 验 室 的 安 装，减 少 因 安 装 操 作 影 响 检 测精度。2.5.2现场安装及注意事项（1）便携式超声流量计和插入式电磁流量计应安装在被测流量计相同管道上。（2）上游直管段长度不小于 10 倍管径，下游直管段长度不小于 5倍管径。（3）标准流量计与被测流量计之间应无分支管道分流，管道内外壁应平顺，无明显的凹凸，内壁无污垢。（4）插入式电磁流量计的安装插入深度与实验室溯源时，安装的位置和尺寸保持一致。（5）应保证检测管道中介质处于满管流状态，部分工况可以采取在