溫度計(jì)讀數(shù)修正對(duì)液體容積式流量計(jì)檢定結(jié)果的影響

趙梓名

摘要：在液體容積式流量計(jì)的工作過程中需要利用到玻璃溫度計(jì)讀取流量，測(cè)定體積管處溫度，但由于計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)所采用的溫度計(jì)存在修正值過小或過大問題，很可能由于對(duì)溫度修正檢定結(jié)果的忽略而帶來(lái)誤差。因此文中將主要介紹液體容積式流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)和誤差特性。提出體積管檢定流量計(jì)的具體模型，最后論述溫度計(jì)讀數(shù)修正對(duì)液體容積式流量計(jì)檢定結(jié)果所產(chǎn)生的影響。

Abstract： In the working process of liquid volumetric flowmeter， glass thermometer is needed to read the flow and determine the temperature of volume tube. But because the thermometer in the measurement field has the problem of too small or too big corrected value， so it is easy to cause errors. This paper will mainly introduce the working principle， structure and the error characteristics of liquid volumetric flowmeter. The concrete model of volume tube verification flowmeter is put forward， at last the influence of thermometer readings correction on the calibration results of liquid volumetric flowmeter is discussed.

關(guān)鍵詞：液體容積式流量計(jì)；溫度計(jì)讀數(shù)修正；體積管；檢定模型；影響

Key words： liquid volumetric flowmeter；thermometer readings correction；volume tube；verification model；impact

中圖分類號(hào)：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）29-0180-02

0 引言

液體容積式流量計(jì)常常會(huì)因?yàn)楸粶y(cè)介質(zhì)溫度變化而產(chǎn)生計(jì)量示值附加誤差。根據(jù)我國(guó)《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》要求，測(cè)量所使用溫度計(jì)的最大允許誤差對(duì)檢定結(jié)果所造成的影響不能超過流量計(jì)最大允許誤差值的1/10。因此在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接檢定讀取溫度時(shí)，就必須在將溫度帶入計(jì)算公式過程中考慮這一誤差，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟刃拚?，降低其?duì)檢定結(jié)果所帶來(lái)的精確度影響，以此為工作的準(zhǔn)確性提供合理保障。

1 液體容積式流量計(jì)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)特征

液體容積式流量計(jì)主要運(yùn)用到了機(jī)械測(cè)量元件，它將流體持續(xù)分隔成為單位體積并實(shí)施累加計(jì)量，最后計(jì)算出總體積并獲取流體計(jì)量結(jié)果。在工業(yè)應(yīng)用過程中，容積式流量計(jì)需要實(shí)現(xiàn)在管道中的持續(xù)流體體積測(cè)量，它的基本工作流程如下：首先讓流體持續(xù)注入并充滿計(jì)量空間，其次再將這些流體送到出口流位置進(jìn)行測(cè)量。隨著流體不斷累加進(jìn)入計(jì)量空間并反復(fù)充滿，將流體總體積與計(jì)量空間體積相乘，就可以得出流體通過容積式流量計(jì)的流量總量。

一般情況下液體容積式流量計(jì)都會(huì)采用固定標(biāo)準(zhǔn)的小容積計(jì)量空間來(lái)計(jì)量所通過管道的流體體積。而所流經(jīng)的計(jì)量空間主要由流量計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)部件與儀表殼內(nèi)壁所共同組成，這樣的構(gòu)造與工作原理就形成了液體容積式流量計(jì)的4大特征，即計(jì)量精確度高、適用于高粘度液體測(cè)量、測(cè)量范圍度寬以及安裝管道條件不會(huì)影響計(jì)量精度[1]。

2 液體容積式流量計(jì)的精度要求和溫度誤差特性

2.1 液體容積式流量計(jì)的精度要求

按照《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》規(guī)定，液體容積式流量計(jì)的流量計(jì)精度要達(dá)到0.2甚至更高精確級(jí)別。這主要是迎合了它依靠計(jì)量基本單位容積個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)累計(jì)流體流量的計(jì)算，它的計(jì)算公式為：Q=∑dq

在該算式中，Q就代表了通過計(jì)量空間的流體總量，而代表計(jì)量空間的基本單位容積。在流體不斷進(jìn)入計(jì)量空間時(shí)，受到外界溫度變化影響，計(jì)量空間的轉(zhuǎn)動(dòng)部件與儀表殼會(huì)發(fā)生體積變化，它也直接會(huì)導(dǎo)致dq容積發(fā)生一定變化，如下式：dq=f（Δt）

因?yàn)橐后w容積式流量計(jì)在出廠時(shí)都有被標(biāo)定調(diào)整的固定儀表系數(shù)，所以一旦dq發(fā)生變化，就會(huì)使得其后的流體流量總量測(cè)量受到影響，極有可能產(chǎn)生附加誤差，使液體容積式流量計(jì)的最終檢測(cè)結(jié)果缺乏高精度。

2.2 基于測(cè)量對(duì)象的附加誤差產(chǎn)生原因

再進(jìn)一步針對(duì)液體容積式流量計(jì)的測(cè)量對(duì)象液體來(lái)說，液體顯然會(huì)存在熱脹冷縮現(xiàn)象，因?yàn)樗拿芏染褪菧囟鹊暮瘮?shù)。當(dāng)液體密度發(fā)生變化時(shí)，就有：

d20=dt[1+Uk（t-20）]

在該算式中，假設(shè)d20為在20℃下測(cè)量液體的密度（kg/m3），dt表示在t℃中測(cè)量液體的密度（kg/m3），Uk表示所測(cè)量液體的膨脹系數(shù)。因?yàn)橐后w容積式流量計(jì)所計(jì)算的是液體體積，如果液體發(fā)生溫度變化，它的體積也會(huì)隨之變化，但流量計(jì)所指示的僅為在該溫度（20℃）下液體的體積量。當(dāng)溫度發(fā)生較大變化以后，如果不能將固定指示溫度值改為特定指示溫度值，也會(huì)為測(cè)量結(jié)果帶來(lái)極大的檢測(cè)附加誤差。因此，必須為液體容積式流量計(jì)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，明確溫度影響所帶來(lái)的影響效果[2]。

3 液體容積式流量計(jì)基本檢定模型設(shè)計(jì)

在液體容積式流量計(jì)中的體積管檢定過程中，首先要將被檢定流量與標(biāo)準(zhǔn)體積管串聯(lián)起來(lái)，當(dāng)液體流體全部通過流量計(jì)體積管時(shí)，啟動(dòng)體積管內(nèi)置換器，讓其隨流體流動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)而觸發(fā)流量計(jì)中檢測(cè)開關(guān)，發(fā)出測(cè)量信號(hào)，以脈沖數(shù)的形式記錄在流體經(jīng)過管道期間的流量總量。經(jīng)過脈沖數(shù)換算，就可以初步檢定流體流經(jīng)管道過程中流量計(jì)的具體流體體積，同時(shí)將此流量體積與管內(nèi)溫度及壓力值進(jìn)行容積值對(duì)比，就可以得到被檢測(cè)液體容積式流量計(jì)的具體示值誤差，并圍繞此誤差來(lái)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，具體計(jì)算液體容積式流量計(jì)的體積管處流體實(shí)際體積，其計(jì)算公式如下：

在上式中，Qs代表被檢測(cè)流量計(jì)中流體的實(shí)際值（L），（VCF20）s和（VCF20）m分別代表體積管和流量計(jì)內(nèi)20℃溫度環(huán)境下流體的體積修正系數(shù)，κ是流體的壓縮系數(shù)（Pa-1），而pm代表流量計(jì)中液體表的平均壓力值（Pa）。根據(jù)上述指標(biāo)再進(jìn)行液體容積式流量計(jì)的示值誤差計(jì)算，Em為：

Em=（Qm-Qs）/Qs×100%

按照上文3個(gè)計(jì)算公式進(jìn)行推斷，隨著外界溫度的不斷變化，就會(huì)引起液體容積式流量中流體體積修正系數(shù)的變化。考慮到流體體積系數(shù)計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，難以確定，所以一般情況下難于對(duì)其進(jìn)行固定的定量分析。如果在溫度計(jì)讀數(shù)時(shí)不能進(jìn)行合理修正，它就會(huì)直接影響到液體容積式流量計(jì)在隨后的流體體積總量計(jì)算，將附加誤差快速傳遞到流量計(jì)的一系列計(jì)算中，它所導(dǎo)致的后果必然會(huì)對(duì)檢定工作帶來(lái)巨大影響[3]。

4 溫度計(jì)讀數(shù)修正對(duì)液體容積式流量計(jì)檢定結(jié)果的影響分析

現(xiàn)如今，關(guān)于液體容積式流量計(jì)的使用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，對(duì)它的現(xiàn)場(chǎng)檢定工作要利用溫度計(jì)來(lái)完成。對(duì)溫度計(jì)的要求就是要保證它的基本分度值達(dá)到0.1～0.2℃，且測(cè)量值要保證在0～70℃。以石油化工企業(yè)為例，在測(cè)量0～70℃的普通石油焦化產(chǎn)品時(shí)一般選擇玻璃液體溫度計(jì)，同時(shí)遵循《工作用玻璃液體溫度計(jì)》中相關(guān)規(guī)范，確保溫度測(cè)量讀取的最大溫度計(jì)允許誤差不能超過±0.15℃。因此如果完全不考慮溫度計(jì)讀數(shù)修正問題，單體溫度計(jì)的最大引入誤差就應(yīng)該為±0.15℃范圍。在利用體積管檢定液體容積式流量時(shí)還需要進(jìn)行流量計(jì)處讀取、體積管進(jìn)出口溫度測(cè)量，這些測(cè)量工作可能為流量計(jì)與體積管之間帶來(lái)較大溫差（0.4℃以上）。但如果按照《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》就可以明確在每一次檢定過程中都要嚴(yán)格規(guī)范檢定介質(zhì)溫度變化，確保其檢定介質(zhì)溫度變化范圍不能超過±0.5℃。因此上述的流量計(jì)與體積管溫差在0.4℃時(shí)，也是能夠滿足檢定標(biāo)準(zhǔn)的。

對(duì)石油化工企業(yè)而言，如果它的實(shí)際輸油溫度為24℃。那么它的液體容積式流量計(jì)、體積管管壁包括體積管進(jìn)出口出實(shí)際溫度都應(yīng)該控制統(tǒng)一保持在24℃。當(dāng)溫度計(jì)讀數(shù)沒有被修正時(shí)，液體容積式流量計(jì)與體積管就很有可能出現(xiàn)涉及溫度計(jì)讀數(shù)的若干狀況，如表1。

表1中所用體積管其標(biāo)準(zhǔn)容積為4048L，體積管溫度是進(jìn)口與出口溫度之間的平均值，流量計(jì)壓力在0.300MPa，體積管的實(shí)際壓力為0.270MPa。根據(jù)此表1可以見得如果不對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)作出任何修正，當(dāng)溫度超出標(biāo)準(zhǔn)固定范圍就會(huì)導(dǎo)致液體容積式流量計(jì)本身出現(xiàn)示值誤差，進(jìn)而產(chǎn)生精確度偏移。舉例來(lái)說，如果液體容積式流量計(jì)所讀取溫度比實(shí)際外界溫度更高，那么該流量計(jì)的示值誤差就一定朝負(fù)方向發(fā)生大量偏移，如此一來(lái)流量計(jì)所顯示誤差就會(huì)比實(shí)際誤差要更小。也就是說，液體容積式流量計(jì)與體積管處會(huì)隨著溫差的增大而導(dǎo)致示值誤差向負(fù)方向偏移越大。但當(dāng)在體積管處讀取到其平均溫度值高于外界實(shí)際溫度時(shí)，液體容積式流量計(jì)的誤差便宜就會(huì)降低，具體偏差百分比為：

0.0963-0.0955=0.0008%。

如果體積管處所讀取到的平均溫度值小于外界實(shí)際溫度值，則液體容積式流量計(jì)的實(shí)際示值誤差就會(huì)出現(xiàn)較大偏移，最大示值誤差可以達(dá)到0.0960。在這里假設(shè)液體容積式流量計(jì)的準(zhǔn)確度為0.3級(jí)，通過溫度計(jì)讀數(shù)修正引入誤差，如果所引入誤差超出檢定規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求，就有必要對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行相應(yīng)修正，這一點(diǎn)絕對(duì)不能在現(xiàn)場(chǎng)檢定過程中有所忽略。再舉例來(lái)說，某石油企業(yè)輸油站每年原油輸油量在2000萬(wàn)m3以上，如果在輸油過程中未對(duì)輸油管道體積管進(jìn)行溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正，就有可能導(dǎo)致收油一方每年損失至少100m3的原油量，而最大時(shí)可以達(dá)到9600m3，可見溫度計(jì)讀數(shù)修正對(duì)液體容積式流量計(jì)的檢定結(jié)果影響之大。因此，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行液體容積式流量計(jì)檢定過程中，應(yīng)該盡可能對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行合理修正，降低它對(duì)于流量計(jì)示值誤差的精確度影響。如果溫度計(jì)讀數(shù)修正值偏大，就可以依據(jù)溫度計(jì)檢定證書中所規(guī)定的溫度值進(jìn)行修正，如果溫度計(jì)讀數(shù)修正值偏小，則要選定一個(gè)修正值，然后根據(jù)該選定值，確定流體流動(dòng)方向，再試圖降低溫度，確保交接計(jì)量的高精度[4]。

5 總結(jié)

本文探討了基于液體容積式流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)檢定過程，主要圍繞溫度計(jì)讀數(shù)修正值來(lái)確認(rèn)其對(duì)檢定過程的影響，盡可能降低流量計(jì)對(duì)流體體積總量計(jì)算的誤差，進(jìn)而提高檢定結(jié)果精確度，并保證液體容積式流量計(jì)的計(jì)量性準(zhǔn)確可靠。

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