臧振勝

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

JJG164-2000《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》中對(duì)裝置的計(jì)量性能要求、通用技術(shù)要求和計(jì)量器具控制都做了明確的說明。常規(guī)的液體標(biāo)定介質(zhì)為水，裝置通常包括標(biāo)準(zhǔn)表法（比較法）和質(zhì)量法（稱重法），被檢儀表包括：質(zhì)量流量計(jì)、速度流量計(jì)、容積流量計(jì)、渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)、靶式流量計(jì)和差壓流量計(jì)（孔板流量計(jì)和V錐流量計(jì)）。裝置使用時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)多，后續(xù)系數(shù)和誤差的計(jì)算過程復(fù)雜，通常應(yīng)用組態(tài)軟件和上位機(jī)兩種方式開發(fā)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，以提高測(cè)試效率和可靠性[1]。

圖1 水流量標(biāo)定裝置界面圖Fig.1 Water flow calibration device interface diagram

裝置在測(cè)試過程中，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表、被檢表和時(shí)鐘晶振脈沖進(jìn)行脈沖FI信號(hào)采集，對(duì)工況壓力變送器、溫度變送器及被檢表的電流AI信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)換向器、管路閥門、夾表器等開關(guān)量DI信號(hào)進(jìn)行采集。為了實(shí)現(xiàn)兩種測(cè)量方法的自動(dòng)化，還需要根據(jù)設(shè)置進(jìn)行邏輯控制，包括換向器、管路閥門、水泵的開關(guān)量DO控制，水泵及定位閥門的AI控制。上位機(jī)計(jì)量軟件需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集、記錄、計(jì)算和報(bào)表[2]。

1 標(biāo)準(zhǔn)表法（比較法）

圖2所示標(biāo)準(zhǔn)表法（比較法）測(cè)試記錄，默認(rèn)情況下共有7個(gè)檢定點(diǎn)，每個(gè)檢定點(diǎn)3次，與稱重法不同的是標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)表系數(shù)兩列，單次測(cè)試需要記錄的數(shù)據(jù)包括：檢定點(diǎn)數(shù)、檢定次數(shù)、檢定時(shí)間、檢定流量、標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)表系數(shù)、介質(zhì)密度、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量、被檢表脈沖數(shù)/被檢表電流值/被檢表瞬時(shí)流量讀數(shù)/被檢表累積流量讀數(shù)、介質(zhì)壓力和介質(zhì)溫度[3]。標(biāo)準(zhǔn)表法數(shù)據(jù)的計(jì)算公式為

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 = 1/晶振時(shí)鐘×脈沖數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù) = 啟停時(shí)間段內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)

被檢表脈沖數(shù) = 啟停時(shí)間段內(nèi)被檢表脈沖數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)表頻率 = 標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)/標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間

標(biāo)準(zhǔn)表K系數(shù) = f（標(biāo)準(zhǔn)表頻率）；//插值法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)體積 = 標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)/標(biāo)準(zhǔn)表K值

介質(zhì)密度 = f（工況溫度，工況壓力）

標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量 = 標(biāo)準(zhǔn)體積×介質(zhì)密度

標(biāo)準(zhǔn)平均瞬時(shí)質(zhì)量流量 =標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量/標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間

標(biāo)準(zhǔn)平均瞬時(shí)體積流量 =標(biāo)準(zhǔn)體積/標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間

1）未知被檢表K系數(shù)時(shí)：

被檢表質(zhì)量K系數(shù) = 被檢表脈沖數(shù)/標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量

被檢表體積K系數(shù) = 被檢表脈沖數(shù)/標(biāo)準(zhǔn)體積

2）已經(jīng)被檢表K系數(shù)時(shí)：

圖2 標(biāo)準(zhǔn)表法（比較法）測(cè)試記錄Fig.2 Standard table method (comparative) test record

被檢表質(zhì)量 = 被檢表脈沖數(shù)/被檢表質(zhì)量系數(shù)

被檢表體積 = 被檢表脈沖數(shù)/被檢表體積系數(shù)

被檢表誤差

= （被檢表質(zhì)量-標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量）/標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量×100%

= （被檢表體積-標(biāo)準(zhǔn)體積）/標(biāo)準(zhǔn)體積×100%

3）被檢表4mA～20mA電流輸出時(shí)：

被檢表平均瞬時(shí)流量 =（被檢表平均電流 - 4.0）/16.0×（被檢表量程上限 - 被檢表量程下限）+ 被檢表量程下限；//啟停時(shí)間內(nèi)平均值

被檢表誤差 = （被檢表平均瞬時(shí)流量 - 標(biāo)準(zhǔn)平均瞬時(shí)流量）/標(biāo)準(zhǔn)平均瞬時(shí)流量×100%

4）被檢表瞬時(shí)流量讀數(shù)：

被檢表誤差 = （被檢表瞬時(shí)流量讀數(shù) - 標(biāo)準(zhǔn)平均瞬時(shí)流量）/標(biāo)準(zhǔn)平均瞬時(shí)流量×100%

5）被檢表累積流量讀數(shù)：

被檢表誤差 =（被檢表累積質(zhì)量讀數(shù) - 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量）/標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量×100%

被檢表誤差 =（被檢表累積體積讀數(shù) - 標(biāo)準(zhǔn)體積）/標(biāo)準(zhǔn)體積×100%

2 質(zhì)量法（稱重法）

圖3所示質(zhì)量法（稱重法）測(cè)試記錄，默認(rèn)情況下也是有7個(gè)檢定點(diǎn)，每個(gè)檢定點(diǎn)3次，與標(biāo)準(zhǔn)表法不同的是標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)是秤示值和修正后質(zhì)量?jī)闪?，單次測(cè)試需要記錄的數(shù)據(jù)包括：檢定點(diǎn)數(shù)、檢定次數(shù)、檢定時(shí)間、檢定流量、秤示值、修正后質(zhì)量、介質(zhì)密度、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量、被檢表脈沖數(shù)/被檢表電流值/被檢表瞬時(shí)流量讀數(shù)/被檢表累積流量讀數(shù)、介質(zhì)壓力和介質(zhì)溫度[4,5]。質(zhì)量法數(shù)據(jù)的計(jì)算公式為

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 = 1/晶振時(shí)鐘×脈沖數(shù)

圖3 質(zhì)量法（稱重法）測(cè)試記錄Fig. 3 Quality method (weighing) test record

標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù) = 啟停時(shí)間段內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)

被檢表脈沖數(shù) = 啟停時(shí)間段內(nèi)被檢表脈沖數(shù)

秤示值= 結(jié)束秤質(zhì)量 - 起始秤質(zhì)量

浮力系數(shù) = f（大氣的密度）

標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量 = 浮力系數(shù)×秤示值

介質(zhì)密度 = f（工況溫度，工況壓力）

標(biāo)準(zhǔn)體積 = 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量/介質(zhì)密度

標(biāo)準(zhǔn)平均瞬時(shí)質(zhì)量流量 = 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量/標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間

標(biāo)準(zhǔn)平均瞬時(shí)體積流量 = 標(biāo)準(zhǔn)體積/標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間

后續(xù)被檢表5種情況的系數(shù)及誤差計(jì)算方法與上述標(biāo)準(zhǔn)表法相同。稱重法需要使用電子電平對(duì)水介質(zhì)進(jìn)行精確的質(zhì)量測(cè)量，電子天平預(yù)留232/485串口，通過非標(biāo)協(xié)議實(shí)現(xiàn)當(dāng)前質(zhì)量的讀取操作，通常用組態(tài)軟件自帶的廠家驅(qū)動(dòng)或者用上位機(jī)編寫驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)電子天平的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，或者應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)自由口協(xié)議的非標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集[6]。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 標(biāo)準(zhǔn)表儀表系數(shù)

應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)表法進(jìn)行計(jì)量時(shí)，需要通過標(biāo)準(zhǔn)表的實(shí)時(shí)頻率f計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)表的儀表系數(shù)K值，通過插值法計(jì)算實(shí)現(xiàn)，bzbdks為標(biāo)準(zhǔn)表K值，temp1～temp5代表標(biāo)定頻率值，temp11～temp15代表標(biāo)定系數(shù)K值[7]。

if (f＜temp1) //定點(diǎn)系數(shù)計(jì)算

{bzbdks=temp11;}

if (f＞=temp1 && f＜temp2)

{bzbdks=(temp12-temp11)*(f-temp1)/(temp2-temp1)+temp11;}

if(f＞=temp2&&f＜temp3) {bzbdks=(temp13-temp12)*(ftemp2)/(temp3-temp2)+temp12;}

圖4 被檢表精度等級(jí)計(jì)算工具Fig.4 Checked table accuracy level calculation tool

if(f＞=temp3&&f＜temp4) {bzbdks=(temp14-temp13)*(ftemp3)/(temp4-temp3)+temp13;}

if(f＞=temp4&&f＜temp5) {bzbdks=(temp15-temp14)*(ftemp4)/(temp5-temp4)+temp14;}

3.2 被檢表系數(shù)和誤差

被檢表的儀表系數(shù)為檢定點(diǎn)中3次測(cè)量?jī)x表系數(shù)的平均值，重復(fù)性用貝塞爾公式計(jì)算結(jié)果除以儀表系數(shù)平均值得到[8,9]。在整個(gè)測(cè)試記錄中：

誤差 = （系數(shù)最大值 - 系數(shù)最小值）/（系數(shù)最大值 +系數(shù)最小值）×100%

儀表系數(shù) = （系數(shù)最大值 + 系數(shù)最新值）/2

重復(fù)性 = 重復(fù)性最大值

被檢表的精度等級(jí)需要結(jié)合誤差值和重復(fù)性值進(jìn)行判斷，不同被檢表的重復(fù)性要求并不相同，如質(zhì)量流量計(jì)、速度流量計(jì)要求重復(fù)性滿足誤差的1/2，超聲流量計(jì)要求重復(fù)性滿足誤差的1/5，其余的流量計(jì)要求為1/3。此外，渦街流量計(jì)和超聲流量計(jì)進(jìn)行液體測(cè)量時(shí)需要有qt分界流量處理，大于等于qt時(shí)需滿足上述常規(guī)要求，小于qt時(shí)滿足2倍的要求就可以，圖4是針對(duì)不同被檢表設(shè)計(jì)的精度等級(jí)計(jì)算工具軟件界面圖。

4 結(jié)論

本文闡述了標(biāo)準(zhǔn)表法（比較法）和質(zhì)量法（稱重法）的水流量標(biāo)定裝置上位機(jī)軟件的研發(fā)和應(yīng)用，介紹了兩種測(cè)試方法需要采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)表、被檢表和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的信號(hào)采集過程，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)體積、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)表K值、測(cè)試記錄的儀表系數(shù)、重復(fù)性和誤差計(jì)算過程。經(jīng)測(cè)試比較，水流量標(biāo)定計(jì)量軟件可以穩(wěn)定高效地實(shí)現(xiàn)被檢表的數(shù)據(jù)采集和后續(xù)計(jì)算，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。