河南中煙工業(yè)有限責任公司洛陽卷煙廠 郝恒義 王志杰

質量流量計在線標定方法的探討

河南中煙工業(yè)有限責任公司洛陽卷煙廠 郝恒義 王志杰

近年來，質量流量計在卷煙工業(yè)企業(yè)的生產控制中得到了廣泛應用，特別是在制絲工序中應用廣泛。由于質量流量計參與香精香料的摻配精度控制，如果計量不準，將會造成加入煙絲中的香精香料達不到精度要求，直接影響到卷煙產品的內在質量。而傳統(tǒng)的流量校準方法是從管線上將流量計卸下送至實驗室，在流量標準裝置上進行離線校準。由于煙草生產線連續(xù)作業(yè)，一旦質量流量計出現(xiàn)計量不準，進行離線校準周轉期長，影響生產。同時，考慮到使用場所的限制，拆卸困難和校準費用大等因素。因此，本文，筆者選用便攜式超聲波流量計作為標準器，對生產線流量計的在線標定進行了探索與研究。

一、材料與方法

1.檢測儀器設備。便攜式超聲波流量計1臺，準確度等級為0.5；測厚儀1臺，準確度等級為0.5；紅外測溫儀1臺，示值誤差為±2℃、密度計為準確度等級0.5；黏度計1臺，準確度等級0.5。

2.測試程序。

（1）采用ADM6725便攜式超聲波流量計作為測量標準，將測量標準傳感器探頭安裝在被測流量計上游或下游合適管段，可以同時顯示被測管道的瞬時流量與累積流量，通過對比標準器與被測流量計數(shù)據(jù)從而確定被測流量計的準確度。

（2）管路壁厚的測量。將測厚儀探頭與測量標準連接，會自動轉換為WTM模式。將測厚儀探頭涂上耦合劑后，在管路多個位置（至少3個）進行測量，取平均值作為管路壁厚值。

（3）流量測量。將傳感器探頭與測量標準流量計連接，將傳感器探頭涂上耦合劑后，根據(jù)測量標準要求的兩個傳感器間距，使用滑塊和鏈條將探頭固定在管路合適管段，傳感器安裝的位置和干擾源之間的距離L≥10D（D為管徑）。被測流量計和測量標準同步啟動，觀察儀表顯示的瞬時流量q和累積流量Q數(shù)據(jù)，待穩(wěn)定后開始記錄。每5 min記錄1組數(shù)據(jù)，連續(xù)記錄3次，測量標準數(shù)據(jù)記錄為q1，q2，q3，Q1，Q2，Q3，被測流量計數(shù)據(jù)記錄為瞬時流量作為參考，累積流量作為比對的依據(jù)。

3.數(shù)據(jù)處理。

（1）示值誤差。示值誤差可用絕對誤差Δ表示，計算公式為：

式（1）中，Δ為用絕對誤差表示的示值誤差，Q為被測流量計顯示值，Qs為測量標準顯示值。

（2）相對誤差。相對誤差是測量儀器的示值誤差除以相應示值之商。相對誤差用符號E表示，計算公式為：

誤差要求為連續(xù)測量3次，被測流量計的相對誤差均達到|E|≤1%為合格。如超出相對誤差要求，需要對其進行校準后重新測試，直至滿足工藝要求。

三、結果分析

1.測試結果。按照檢測方法進行在線標定，制絲生產線葉片加料流量計計量點的比對數(shù)據(jù)見表1。

表 1 流量計檢測數(shù)據(jù)記錄

表1中的差值分別為被測流量計和測量標準的顯示值，代入公式（1），分別計算得到3組數(shù)據(jù)的示值誤差。相對誤差E依據(jù)公式（2）計算。連續(xù)測量3次，被測流量計的相對誤差均符合|E|≤1%，判定為合格。

2.標定方法適用性的驗證。因為實物法具有更高的測量準確度，所以采用實物稱重法對該檢測方法進行驗證，該方法與上述比對法測試同步進行。對于質量流量計可采用水做校準介質，將實際搜集的介質稱出質量后作為約定真值，被測流量計顯示的質量數(shù)據(jù)為測量值。被測流量計下游要設計有旁通管路，方便用容器接收管路中排出的水。準備1臺30 kg的電子天平，分度值d=0.002 kg；接水容器1個，容積大于20 L。在手動開機狀態(tài)下，用水代替料液進行測試，使香料廚房通往機臺的管路充滿料液，關機記錄質量數(shù)據(jù)。關閉通往滾筒的閥門，打開旁通閥門，用容器搜集流出水的質量，記錄流量計顯示質量數(shù)據(jù)Q。用電子天平稱重計算出容器內水的實際質量記錄為Qs，計算流量計顯示值Q與搜集水的實際質量Qs的誤差，流量計的相對誤差為E，按公式（2）計算。

連續(xù)測量3次，記錄測量數(shù)據(jù)。以某次正在使用中的質量流量計檢測為例，管路壁厚1.91 mm，介質溫度為63℃，介質密度為1.02 g/mm3，介質運動黏度為0.72 mm2/s。測量數(shù)據(jù)見表1。

表 2 流量計檢測數(shù)據(jù)記錄

由表2可知，便攜式超聲波流量計檢測的流量相對誤差為0.80%，通過實物稱重法進行驗證，相對誤差為0.70%，二者僅相差0.1%。該流量計的誤差符合要求，檢測合格。

3.注意事項。在標定過程中，必須采取適宜的測量方法，正確進行操作和安裝。還應注意以下幾點。

（1）選擇適宜的測量點。基本上，測量都必須在管子上進行，所在位置應該有利于聲的傳播。正確確定傳感器的位置是無誤差測量的基本條件，它能保證聲信號在最佳條件下接收和正確評定。選定測量位置后，儀器應在電纜能達到測量點的位置范圍內。

安裝傳感器需要考慮位置確定和方式選擇兩個問題，傳感器安裝位置不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。確定位置時要選擇流速恒定、平直的管段，尤其要注意傳感器盡量避開有變頻器、大功率電機等污染電源場合，如圖1所示。

圖1 測量點選擇

（2）傳感器的正確安裝與定位。安裝方式上，主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式3種。多普勒式超聲波流量計采用對貼式安裝方式，時差式超聲波流量計采用V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300 mm時，采用V方式安裝，管徑大于200 mm時，采用Z方式安裝。既可以用V方式安裝又可以用Z方式安裝的傳感器，盡量選用Z方式。實踐表明，Z方式安裝傳感器超聲波信號強度高，測量穩(wěn)定性也好。

（3）正確進行數(shù)據(jù)讀取。在檢測開始前，先判斷超聲波流量計的測量信號強度是否滿足標定的條件，如果信號過弱將會對測量準確度造成影響，通過調整傳感器安裝位置、聲程因子一般能夠較好的解決。流量計開始工作后，觀察運行5 min，待流量數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)記錄，如有異常情況排除后再讀取數(shù)據(jù)。在工藝條件不變的情況下，每次標定時應同時記錄同時間段內便攜式超聲波流量計與在線流量計的流量累計值，每次數(shù)據(jù)記錄間隔3～10 min，可根據(jù)瞬時流量大小進行相應調整，累積值數(shù)據(jù)不得少于3組。

通過近一年的現(xiàn)場實測應用，證明該在線檢測方法是可行的，誤差能夠達到不超過1%的要求，具有廣泛的推廣價值。