**大口径流量计的现场校准**
作者：郑荣根姜耀龙王峰发布时间：2007-12-28
特邀嘉宾:上海理工大学光电学院副教授郑荣根
上海方龙流量校验设备制造有限公司总经理姜耀龙
主持人:特邀主持北京森迈公司总经理王峰
主持人:
首先，让我们欢迎今天的特约嘉宾郑荣根副教授和姜耀龙总经理。
大口径流量计(流量仪表)的现场校准一直是一个很复杂的问题，在今年《中国计量》第10期的“校准三人行”中，中石化广州分公司计量室刘忠副主任也谈到了大口径水表现场校准的难度和问题。这一期的“校准三人行”我们就请上海理工大学光电学院郑荣根副教授和上海方龙流量校验设备制造有限公司姜耀龙总经理来谈谈大口径流量计以及现场校准的问题。
郑教授，您对流量计量有较深的研究，请您谈谈大口径流量计及其现场校准。
郑荣根副教授:
首先我觉得刘主任提出的问题是目前流量计量中存在的一个很重要、很有现实意义的问题。我们常常碰到这样的事:生产厂生产的流量计检定合格后卖给用户，用户却无法正常使用，于是用户找生产厂，说仪表不好，生产厂听了用户的抱怨说，那行，我对自己的产品负责，你说我不好，你把流量计拿来我分析分析哪里不好，真有问题，我也好采取措施提高质量。生产厂拿到用户退回的仪表仔细检查，发现完全是一个合格品，没有任何问题，于是又发给用户，用户用上去还是不行，于是生产厂和用户相互抱怨、扯皮……问题到底在哪里，责任到底在谁呢？这要具体分析，但首先要从流量测量的基本特点说起。
流量测量与其他物理量测量的差别，也就是流量测量与其他物理量测量相比，最为困难的地方就是测量对象的复杂性。测量对象的复杂性包括组分的复杂性。从相的角度来说有单独相、两相、多相，单相又有气相、液相、固相，单相介质中，每一相又由于物理性质(例如密度、黏度)及其存在的环境条件(例如温度、压力)又有成千上万种情况。如果是两相或多相，则更为复杂。各相组成比例，其中一些相在另一些相中的分布、行为等都对流量测量有很大的影响。此外流量测量的对象是流动的流体，因此流体流动的流态(层流还是紊流)、管道截面上的速度分布，也对流量测量造成很大的影响。所以需要说明的是，只有在这三大影响要素:组分、物理性质、流态完全相同时，校准(或检定)的结果与使用才会准确一致。当然这是不可能的。
通过上面的一些简单介绍，我们就有可能对生产厂与用户之间的“公案”作出一些判断:可以说在这种情况下生产厂的仪表是没有问题的，它是按照企业标准或国家标准生产并检验合格的，问题出在使用上。流量仪表的生产厂一般都是用空气或水在常温下检定流量仪表的，流量标准装置按照JJG164-1986或JJG165-1975检定规程的要求，由稳定压源流产生定常流，然后在保证仪表前后直管段长度的情况下检定仪表。顺便说明一下为什么要保证仪表前后有一定长度的直管段。这就是要保证流体到达被检仪表时管道截面上的速度分布按照层流流动或充分发展的紊流流动分布，对应一个流量是一种分布，这样在仪表上反映就是一个量值。再回到前面，如果用户买了生产厂检定合格的仪表，安装在不同介质、不同温度或不同压力的管道上，或者安装管道保证不了到达仪表时管道截面上的速度分布要求，那么仪表示值就会与生产厂检定数据有差别，个别情况会差得很大，这对速度式流量仪表尤为明显。
主持人:
作为用户，希望生产厂给一个与用户使用的介质一致、工作状况一致、流态一致的检定数据，这样我用起来就不会有什么问题了。
郑荣根副教授:
是这样的。其实生产厂也希望这样，不希望扯皮，不希望吃冤枉官司，所以他们也在努力。比如，规定流量仪表使用时介质必须一致；规定速度式流量仪表在安装时必须在仪表前有不少于10倍管道直径的直管段，在仪表后有不少于5倍管道直径的直管段。但是由于现场的千变万化，被测介质及工况的千差万别，生产厂及各地计量部门虽然能够解决用户流量测量中的部分问题，但肯定解决不了所有的问题。
那么有没有解决流量计量中准确一致问题的办法呢？我认为其中一个有效的方法就是刘主任谈到的现场校准方法。这就是说如果我们有可能让标准器与被检仪表串联在一个管道中，那么校准与使用介质、介质的物理性质和工作状态的一致性问题就基本解决了(注:这仅对单相流而言，对多相流则另当别论)，只要保证对应于一个流量和到达仪表时的流体速度分布一致，这样流量计校准与使用一致性的误差就有可能减小到可以接受的程度。
主持人:
通过郑教授的介绍，我们可以这样理解，不管是生产流量计的企业，还是计量技术机构，只要是在实验室里检定合格，或经过校准的流量计，由于使用的介质、检定(校准)的条件和环境与使用时的不同，因此都会出现不同程度的偏差，而这个偏差是可以通过现场校准来修正的。如果是这样，如何实现现场校准呢？
郑荣根副教授:
说到现场校准，首先是标准器的选择。由于现场校准是动态的(因为通常使用的流量标准装置校准是静态的，所以不能用于现场校准，例如静态容积法或质量法水流量标准装置)，又由于一些庞大的装置无法用于现场校准(例如动态质量法水流量标准装置)，我个人觉得可以根据准确度的要求选用标准表或体积管流量标准装置。目前由于加工技术和电子技术的发展，我国制造的标准表的准确度可以达到0.1级。如果被检表的准确度要求不超过0.5级，则完全可以用于标准表进行现场校验，这样的校准方法成本比较低，操作方便。但如果被检表的准确度要求超过0.5级，要求达到0.3级(如加油机)或更高，则用0.2级的标准表校准从理论上讲不合适，按误差理论校准结果的置信概率较低，此时就要求使用更高准确度的标准器。从目前的国内外流量标准器的现状看，比较适合现场校准的装置只有体积管流量标准装置。
主持人:
另外，郑教授刚才提到的对准确度要求较高的流量计进行现场校准时比较适用的标准装置是流量体积管，这方面目前国内的情况怎样，我们请专门生产和研发流量计的上海方龙流量校验设备制造有限公司姜耀龙总经理介绍一下。
姜耀龙总经理:
很高兴参加王峰总经理主持的“校准三人行”谈话节目，也很高兴和郑教授一起交流流量计量方面的技术问题。
大口径流量计工程现场应用范围很普遍，现场检定或校准确实是一个现实问题，如何有效地解决，有一定难度。前面郑教授提到的标准表法是一种行之有效的方法，但也有其问题。车装大口径标准流量计一般为DN300左右，最大流量也只能在1000m3/h左右，对大于DN300或更大的表(如电磁流量计400mm、500mm、1000mm、1500mm、2000mm……)就存在问题了，连检定其下线点值也不行。然而作为标准表装在车上，也是属于离线表，原检定的基准介质工况环境与现场肯定不会一样，运载中震动和现场环境影响也不可避免，其标准性也是个值得商榷的问题。
另外，标准表方法还有一个问题，就是小流量点的校验误差大。因为流量仪表的准确度等级是由引用误差的大小来确定的，所谓引用误差即仪表每一测量点的允许误差与仪表测量上限之比，如果标准流量计准确度为0.2级，则其引用误差相对值为0.2%，仪表每一点测量值为测量上限的0.2%，如果这台标准流量计为DN200，测量上限为500m3/h，则每一点的测量误差允许值为1m3/h。这对于100m3/h的测量点，测量误差为1%，对于50m3/h的测量点，测量误差为2%。换言之，流量变小则标准表在这些点上的相对测量误差变大，只有在测量上限这一点保证相对测量误差不超过0.2%。所以这给标准表方法的使用带来很大的局限性。在这一点上，体积管的优越性和稳定性就很突出。根据现场使用的条件，可以在标准管段上加多个检测开关或使球的运动减慢等方法使校验表在小流量点上也获得较高的准确度。
我们作为专业生产标准体积管流量校验装置的企业，在长期为用户提供在线和离线检定装备(固定式基地型和移动式车载型体积管)的工作中，也经常遇到大口径流量计现场检定的技术咨询和需求信息。随着科学技术的飞速发展，计量校准技术的应用拓展，我们现生产一种LJG-16A型双向车载标准体积管流量校验装置，其流量检测范围在(200～1200)m3/h左右，一般满量程可检DN300流量计，如用于检DN400～DN1000的电磁流量计，则必须使液体流速控制在0.5m/s以下进行检定，完全可以满足现场检定。为什么车载体积管不能对大口径(DN300以上)现场流量计完成检定工作，其原因有三点:一是受车体本身长、宽、高的交通道路法规限制；二是现场介质工作压力不能大于2.5MPa(主要是大口径金属软管压力标准所限)；三是流体大流量、大流速(体积管球的运行速度不得大于3m/s技术标准所限)。
在这里我个人有个想法:对大口径流量计的现场检定能否在用体积管检定(介质为水)小流量数据基准上，从理论上推导出中、大流量的数据。
我认为大口径流量计(介质为水)用标准体积管检定下限点小流量，检定结果在准确度范围内，实际运行证明，该台表的中、大流量都不会超过小流量的准确度值，也就是说，该仪表均在准确度范围内。这样推导行不行，我们作为检定校准装置的生产企业，很愿意同国内流量专家们探讨流量领域的技术应用课题。
郑荣根副教授:
我还想补充一点。标准表法尽管有其成本低、操作简便等优点，但由于标准表本身是由流量标准装置校验的，因此如果使用于校准介质不同、介质的物理特性不同、工作状态也不同的场合，则标准表示值需要修正。至于如何修正，有什么规律，我们进行过一些研究但很少(这需要大量的投入)，所以此时运用标准表方法并不很适合。相对于标准表，体积管就没有这个问题。因为体积管计量是两个检测开关之间由检测器排出的流体体积，这个体积不受流体介质的密度、速度、成分的影响。
流量计量是一个相当复杂的问题，还有更大的一片天地是两相或多相流量计，在这方面可以说很少有成功的仪表，其基本原因就是组分及其状态的复杂性。所以现实生产中的多相流多采用分相计量法，如油田里的油气水计量，一般就是用三相分离器将油气水三相分离分别计量。还有一种方法就是让管道中的流速加大使两相或多相完全充分均匀地混合，把它当作单相计量，比如蒸汽流量计就要求蒸汽温度非常高，这样水和空气完全充分均匀混合；如果泥浆中泥土颗粒的直径不超过0.1mm，则在紊流情况下也可以将它作为单相流计量。
总之，流量计量方面还有很多很多的问题有待我们年轻有为的有识之士、有志之士去解决，以便创造出更多的计量方法、更多的仪器仪表为工业生产服务。
上面我谈的一些看法，肯定是不全面的，也可能存在片面之处，请各位专家及经验丰富的工程技术人员批评指正。抛砖引玉，引起大家对流量计量的关心，是我的心愿。
主持人:
两位嘉宾就流量计现场校准谈了各自的意见。流量计的现场校准是一个非常复杂的技术问题，正如嘉宾们所说的还有很多很多的问题有待我们去解决。除了技术问题以外，流量计的校准还涉及到法制计量，我们希望大家都来参与讨论，为我国的计量事业献计献策。
本期的“校准三人行”到此结束，谢谢二位嘉宾，谢谢各位读者。