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活塞式小体积管检定质量流量计的方法

活塞式小体积管检定质量流量计的方法,活塞式小体积管因为体积小,结构复杂,检测的体积需要非常准确的转换成质量流量,制约了活塞式小体积管在检定质量流量计方面的发展。本文阐述了在活塞式小体积管检定系统中采用脉冲插入、在线密度计实时和准确的测量被检介质的密度等技术,建立活塞式小体积管检定质量流量计的新方法,用以解决高精度质量流量计的检定问题。 

          涡轮流量计,气体涡轮流量计,罗茨流量计

在原油和成品油计量系统中,质量流量计得到了越来越普遍的应用,因此,质量流量计的检定工作也就受到了有关方面的关注,目前国内外广泛采用的是质量法。活塞式小体积管具有体积小、流量范围宽、检定过程快的特点,目前已广泛应用于容积式和速度式流量计的检定。但同时活塞式小体积管也存在着结构复杂,每一个检定行程被检流量计输出脉冲数少,以及检测的体积需要非常准确的转换成质量流量等不利因素,制约了活塞式小体积管检定质量流量计技术的发展。建立活塞式小体积管检定质量流量计的新方法,解决高精度质量流量计的检定问题,是目前国内许多计量检定机构一种经济可行的途径。

技术难点

160L活塞式体积管容积小,行程时间短,脉冲数少,检测开关动作与被检流量计输出脉冲不同步。由此而引起的少数脉冲的丢失,给检定结果带来了较大的误差,有时甚至造成流量计检定不合格。

2)计量检定软件不同于一般计量和工业数据采集处理软件,检测项目、数据计算和数据修约都要符合国家有关规范的要求,对软件的稳定性和可靠性要求非常高,开发的难度大。

3)利用活塞式小体积管的容积量检定质量流量计的质量流量,对密度测量的准确度要求非常高。

检定方法和工作原理

质量流量计的示值检定方法

根据原国家技术监督局199521日批准实施的JJG897-95《质量流量计的检定》规程要求,质量流量计的示值检定可采用质量法、容积法加密度计、体积管法和标准表法。

1)质量法:用质量法直接称量通过质量流量计的质量,只要有条件应首先采用本方法。

2)容积法与密度计配套:是计量通过流量计的流体在标准器中的体积与介质密度值,然后计算标准器中流体的质量。

3)体积管与密度计配套:是用体积管法计量通过流量计的流体在标准器中的体积与介质密度值,然后计算标准器中流体的质量。

4)标准表法:是以标准流量计为标准器,与质量流量计串联进行比较,标准流量计蕞好选用与被检质量流量计同量程、同类型仪表

质量流量计的工作原理

本文所说的质量流量计指科里奥利力原理工作的质量流量计(CMF),其它还有量热式、冲量式、变组分式、差压式和角动量式质量流量计等,由于用途特殊,现场极少使用,故不作讨论。另外,利用活塞式小体积管检定的质量流量计为具有脉冲输出功能的远传型质量流量计。

质量流量计是20世纪70年代发展起来的新型流量仪表,它根据流体通过测量管时产生的科里奥利力现象制成,流体通过等幅振荡器的U形流量管时,使流量管受到科里奥利力的作用产生扭曲,利用检测线圈将此扭曲信号检测出来,可以得到代表流体质量的信号,从而实现了对流量质量的直接测量。由于质量流量计所测量的是流体的质量,与流体其它物理性质,如温度压力、密度等无关,这样就避免了其他因素干扰,使测量精度得到大大提高。

活塞式小体积管检定质量流量计的工作原理

把活塞式小体积管与被检质量流量计和在线密度计串联安装在同一条检定管线上,流体流过质量流量计和在线密度计进人体积管的入口,体积管的旁通阀关闭后,体积管内的活塞受流动的介质推力而移动,计算机系统检测出活塞在二个检测开关之间移动所需要的时间。因为两个检测开关之间的标准容积值是确定的,所以通过测出活塞的移动时间可以求出准确的体积流量,再经过与在线密度计测得的密度值的乘法换算,就可得到质量流量。

装置的组成

1Smith活塞式小体积管:它是检定系统的主标准器,其精度、重复性、可靠性决定检定系统的总不确定度。经国家原油大流量计量站检定,其标准容积值为59.6152L,准确度为±0.05%。重复性为0.02%,符合JJG897-95质量流量计计量检定规程的要求。

2)在线密度计:采用英国输力强公司的在线密度计,测量范围0.65000.9500g/cm,信号输出420mA,分辨率0.0002g/cm,准确度±0.02%

3)气动夹表器:丹东计量设备厂生产的气动伸缩器夹表器。经过改进以后安装DN25~DN100口径、长度不大于750mm的各种型号质量流量计。

4)工控机:IPC610型。

5)双脉冲计时计数卡:由国家原油大流量计量站检定开发了双脉冲计时计数卡,用高精度脉冲发生器检测,准确度达±0.005%。可计算0.01脉冲,解决了脉冲插入、计算这一关键技术。

6A/D转换卡:用于对温度变送器、压力变送器、密度计、电流输出式质量流量计输出的模拟信号的隔离转换。

7)建立了符合国家有关规范的数据采集处理的软件模型,委托国家原油大流量计量站检定按JJG897-95质量流量计检定规程开发了检定软件。检定软件的功能及环境:以Win98为软件开发平台,采用VB语言编程,软件具有检测、控制、运算、动态画面,自诊断、自动绘制曲线及报表输出、结果查询等功能。

关键技术及创欣

采用双时脉冲记数法,实现小数脉冲的计算

体积管检定流量计时,脉冲计数器仅能记录从检定开始后的完整脉冲方波信号,也就是图1中的n

从图1中可以看出,脉冲计数器对开始的残缺脉冲方波信号忽略不计。对于结束时残缺的第n个方波信号作了补全处理。由于残缺的方波信号也代表了一定的流体体积,因而导致了测量系统既减掉了应该计量的流体体积,又增加了应去除的流体体积,最后得到了n个脉冲所代表的流体体积,这样的做法必然会造成计量误差。为了减少误差。原有的解决方法是:一次检定中.被检流量计必须要发出10000个以上的脉冲信号,使误差造成的影响降低到1/10000以下,以用来消除计数方法的误差。如果采用这种办法,体积管必须做的足够大,也要求有足够的空间来放置体积管。而我们目前使用的活塞式小体积管,其标准容积不到60L。远远满足不了条件,因此用这种小的体积管检定流量计就必须采用其它的技术。在本系统中我们采用了脉冲插入技术,硬件上采用了国家原油大流量计量站开发的双时脉冲计数卡,提高了流量仪表检定的准度。

采用在线密度计,实时和准确的测量被检介质的密度

对于实流检定准确度±0.2%以上的质量流量计而言,检定介质的组分和含水都在不停的变化,也就意味着介质的密度也在不断的变化,取样测量介质的密度的方法无法满足检定精度的要求实时在线和准确测量介质的密度。并保证密度测量与检定过程的同步。是关系到活塞式体积管检定质量流量计的质量流量成败的又一项关键技术。在此检定系统中配备了在线密度计。并用一等玻璃浮计按检定规程进行了在线检定,数值完全能满足工作要求。在线密度计调试成功,可以实时在线检测被检介质的密度值,经过换算将标准体积管的体积量换算成质量,直接与质量流量计的质量读数进行比对,解决了用标准体积管检定质量流量计的关键技术。万分之二的在线密度计,经检定准确度达到±0.017%,小于被检仪表准确度的1/10,可保证整套装置的不确定度优于0.06%,完全能满足0.2级质量流量计检定的需要。

零点稳定度的修正,增加了检定数据的可靠性

对传统流量计,我们通常按其误差和重复性将其分为不同的精度等级(如0.2级、0.5级等)。科氏力质量流量计的精度描述采用的是带零点稳定度的流量百分比精度,规程中并未对科氏力质量流量计进行精度等级的划分,评定科氏力质量流量计的精度就不如传统流量计那么直观。

检定规程JJG897-95中对科氏力质量流量计的误差规定为:误差应不超过按下式计算的误差限Eoi。重复性误差应不超过基本误差限的1/2。各厂家的质量流量计基本误差限Eoi差别不大,多在0.1%0.2%之间。但它们的零点稳定度却相差很大。而在油品的计量中,我们所说的精度是指示值精度。使用质量流量计进行油品计量时。要计算在当时流量下流量计的误差限。检定时就要考虑零点稳定度对流量计精度的影响。软件中的误差限按下式计算。

Eoi=±(Eoi+|q0|/qi ×100%

Eoi—— 第点的误差限:

      Eo —— 基本误差限:

      qi  —— 第i点的质量流量;

      qo —— 零点稳定度。

应用效果分析

此套装置的活塞式体积管与标准流量计相比准确度提高了3倍。特别是用在线密度计与玻璃浮计测量密度相比。准确度提高了2.5倍,实时在线检测的密度数值更能保证与流经质量流量计实际检定介质相一致,使基本误差和重复性数据得以提高,也说明此套装置完全能满足准确度±0.2%以下的DN25~DN100型各种质量流量计检定的需要。

该装置使用的介质为原油。与通常的质量法用水做检定介质相比。介质的组分、密度和粘度都能与质量流量计现场实际条件相符,更能保证现场计量数据的准确和可靠。

系统中采用了脉冲插入技术,可计算0.01脉冲。准确度达±0.005%。准确度±0.017%的在线密度计实时测量介质密度。实现了体积流量与质量流量的准确转换。数据处理软件充分考虑了零点稳定度对流量计精度的影响。使用原油做检定介质,更能保证质量流量计安装到现场后计量数据的准确和可靠。与标准表法检定的数据相比,基本误差和重复性数据都有明显减小,能够满足准确度±0.2%以下的DN25~DN100型各种质量流量计检定的需要。

点击次数:  更新时间:2018-08-07 16:24:39  【打印此页】  【关闭