陸浩 劉昆 孫鵬飛 趙娟 朱俊 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

流量標準裝置是對流量儀表進行量值傳遞的標準，它主要用于測試流量儀表的準確度、重復(fù)性、線性度、穩(wěn)定度、范圍度、過載能力、可靠性等。流量標準裝置的準確度等級一般有0.05%、0.1%、0.2%、0.5%等幾個等級。按工作原理可分為質(zhì)量法、容積法和標準表法等。質(zhì)量法又可分為靜態(tài)法和動態(tài)法兩種，由于靜態(tài)法可以消除流體的剩余動能的影響，精度更高，因此較多的企業(yè)會選擇此類標準裝置。靜態(tài)質(zhì)量法流量標準裝置主要由衡器、容器、換向器、試驗管路、水池、水泵、穩(wěn)壓系統(tǒng)和計時器組成。其工作原理是根據(jù)測量所得的水質(zhì)量和時間，計算水瞬時質(zhì)量流量。

式中：qm—— 瞬時質(zhì)量流量，kg/h；

M—— 水質(zhì)量，kg；

t—— 測量時間，s

衡器作為流量標準裝置的核心設(shè)備，其計量性能直接影響整套裝置的合成不確定度。目前開展檢定或校準工作時，多數(shù)企業(yè)采用的方法是在容器的頂端或衡器的秤臺任意空閑部分放置標準砝碼。但由于流量標準裝置一般整合得比較緊湊，標準砝碼堆疊數(shù)量很難達到衡器最大秤量，因此想要得知衡器誤差是否在允許的范圍之內(nèi)就變得困難起來。另外，采用疊加方式將砝碼疊加至最大秤量，在疊加的過程中，參與堆疊標準砝碼的人員安全存在極大隱患，很多流量計生產(chǎn)企業(yè)在年檢的時候往往為此傷透腦筋。大部分企業(yè)碰到年檢的時候只好將衡器從整套裝置中拆下，這種方法不但繁瑣，且需耗費很大人力物力。甚至還有些企業(yè)的流量標準裝置裝配過度密集，根本無法拆卸。由于流量標準裝置一次性投資較大，企業(yè)不可能為了衡器檢定困難而重新購置整套流量標準裝置。因此，對于稱重部分進行一定程度的改造，是一種較為可行的方式。

1 改造方案

1.1 方案1

支架架空（圖1）。

利用鐵架使容器和衡器之間保持一定間隔。稱量測試時，可將砝碼放置在此間隔中。這樣做雖然可以妥善解決各種計量性能測試問題，但并不適合大型流量標準裝置，因為鐵架的承載力始終是有限的，無法承受容器灌滿水之后的質(zhì)量，而過度加大鐵架承載力又會限制砝碼疊放空間。

圖1 支架架空

1.2 方案2

加焊裙邊（圖2）。

如果在容器的周圍加焊上裙邊，加上裙邊后的容器直徑不得超過秤臺的面積，裙邊的數(shù)量根據(jù)標準砝碼數(shù)量的需要增加。稱量測試時，除了堆疊在容器上方或者衡器秤臺空閑位置，還可以堆疊在加焊的裙邊上（但每圈裙邊可加載標準砝碼數(shù)量不可超過裙邊可承受的最大安全質(zhì)量）。此種改造方式對于容器周圍的剩余空間要求較大，較為適合液體容器單獨放置的流量裝置。

圖2 加焊裙邊

1.3 方案3

安裝吊籃（圖3）。

對于容器被架在較高處的流量裝置，不建議在容器的頂端或是其他位置加載標準砝碼，以免標準砝碼墜落造成人員傷亡和標準器損壞或是容器受壓變形。因此建議對衡器秤臺進行改造，即在衡器下方安裝吊籃，吊籃上焊接4條鐵鏈，并與傳感器各支點連接。堆疊標準砝碼時，可將大部分標準砝碼放置在吊籃內(nèi)。改造的時候注意放置衡器的框架強度，要足以承受最大秤量的標準砝碼以及衡器等組件的自重。

圖3 安裝吊籃

1.4 方案4

加焊支點（圖4）。

如果錐形底部的容器（圖5），無法有效疊加砝碼，可在容器內(nèi)壁加焊幾個支點。稱量測試時，可以在這些支點上架設(shè)平板以形成一個平面，然后在這個平面上疊加砝碼。對于大型衡器，容器應(yīng)改造成多層平板，以此降低每一層平板受力程度。

圖4 錐形底部的容器

1.5 方案5

抽離容器。

在容器上焊上多個有效支點（圖6），平時對容器并不起到任何支撐作用。每次稱量測試時，通過專用支架將容器頂起并分離出來。此類改造適合衡器秤臺較為接近地面的流量裝置，而且空間要求較高，一般適合大型流量標準裝置，尤其是現(xiàn)場不具備起吊設(shè)施的情況。

圖6 抽離容器

2 衡器檢定及校準

在對衡器進行檢定或校準時，所使用的標準砝碼不確定度應(yīng)優(yōu)于衡器不確定度。

2.1 置零及除皮準確度

置零后或者是除皮后，置零裝置和皮重（除皮）裝置對稱量結(jié)果的影響應(yīng)在±0.25e范圍內(nèi)，對于多分度秤e應(yīng)為e1（不少流量企業(yè)使用的是雙分度或多分度衡器）。

2.2 偏載誤差

將接近1/3最大秤量的標準砝碼依次放置在衡器的每個支承點上。對于承載器的支承點個數(shù)N≤4的秤，在每個支承點施加標準砝碼約等于最大秤量與最大添加皮重之和的1/3。對于承載器的支承點個數(shù)N＞4的秤，在每個支承點上施加的標準砝碼約等于最大秤量與最大添加皮重之和的1/（N-1）。結(jié)果應(yīng)滿足同一標準砝碼在不同支承點的示值，其誤差應(yīng)該不大于秤在該載荷下最大允許誤差。

2.3 稱量測試

至少取10個均勻分布點（j= 1，2，3，…，m，m≥10），除了客戶要求的載荷測試點外，還應(yīng)包括最小秤量、最大秤量、以及最大允許誤差改變的載荷值。用標準砝碼從j= 1逐步加載到j(luò)=m，完成第一次測試；再從j=m逐步卸載到j(luò)= 1，完成第二次測試，直至n次測試結(jié)束。每次加載、卸載分別記錄各點砝碼質(zhì)量和衡器顯示器示值，以及使用閃變點法所需小砝碼質(zhì)量值。然后，根據(jù)JJG 539-2016《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程中7.5.5計算誤差。開具檢定報告，誤差需滿足表1要求。

表1 最大允許誤差

2.4 除皮后的稱量

根據(jù)數(shù)字秤規(guī)程要求對于扣除皮重，應(yīng)選擇1/3最大皮重到2/3最大皮重之間的一個皮重值。除皮后的稱量檢定應(yīng)至少選擇5個不同的載荷。所選定的載荷點，應(yīng)包括：最小秤量、最大凈重值、最大允許誤差改變的載荷值。若秤具有零點跟蹤裝置可在本檢定中運行。除皮后，示值誤差應(yīng)符合數(shù)字秤檢定規(guī)程5.4要求。

2.5 重復(fù)性

《液體流量標準裝置檢定規(guī)程》要求的加載或卸載次數(shù)之和至少為10次（實際得到至少5組加載卸載數(shù)據(jù)），所以每個載荷測量點都可得出其對應(yīng)的重復(fù)性誤差。如開具檢定報告，只需選取約50%最大秤量的載荷測試數(shù)據(jù)。對任意相鄰三次測試所得到的數(shù)據(jù)進行差值比較，結(jié)果應(yīng)該滿足JJG 539-2016中5.5要求，即同一載荷多次稱量結(jié)果的差值，應(yīng)不大于秤在該載荷下最大允許誤差的絕對值。

2.6 鑒別閥

在處于平衡狀態(tài)的衡器任意可以稱量的位置，輕緩地放上或取下一個等于實際分度值1.4倍（1.4d）的附加載荷，此時秤的示值應(yīng)發(fā)生明顯的改變。JJG 539-2016中第5.8條。

2.7 校準數(shù)據(jù)

對于校準報告，可根據(jù)10組數(shù)據(jù)求得A類相對標準不確定度及B類相對標準不確定度。如下：

衡器的不確定度

負載 (mj+R0)時第j點第i次測量差值

Δmi=Rmi- (mj+R0)

式中：mj—— 第j點標準砝碼的質(zhì)量，kg；

Rmi—— 質(zhì)量為mi的標準砝碼第i次測量時衡器的示值，kg

R0—— 空容器n次測量衡器的示值平均值，kg

第j點的平均值

第j點單次測量A類相對標準不確定度

第j點B類相對標準不確定度

A 類相對標準不確定度s2= (s2j)max

B 類相對標準不確定度u2= (u2j)max

3 設(shè)計建議

1）衡器最好選用國際一線品牌，雖然一次性投入較大，但可靠性較好，維護或檢定的時候更是可節(jié)省大量人力物力。如果經(jīng)濟實力有限，也可選用一些較為可靠的國產(chǎn)品牌，建議咨詢當(dāng)?shù)貙I(yè)機構(gòu)專家。選用的衡器，需滿足JJG 164-2000中4.3.3.1要求。有些企業(yè)為了追求所謂準確度，故意調(diào)高衡器準確度，這種準確度虛高的衡器，重復(fù)性可能會不合格，整套流量裝置校出來的流量計準確度可想而知。

2）建議配備一定數(shù)量標準砝碼（不銹鋼為佳，且放置位置有防水措施），至少1/3最大秤量，并定期送專業(yè)機構(gòu)進行年檢。每年不定期對衡器進行自檢，以確保整套裝置運行正?？煽?。

3）對于最大秤量較小的衡器，最好方便拆卸，因為拆下容器后進行單獨檢定或校準始終是最為穩(wěn)妥的方法（但最好不要移動位置，只要能加載全量砝碼即可）。容器材質(zhì)最好視秤的最大秤量而定，大稱量的最好選用金屬容積桶，對于不便拆下的容積桶，桶的頂部做封閉處理并加強內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保在檢定的時候可以堆疊一定數(shù)量的標準砝碼。

4）對于高準確度的衡器，各套流量裝置之間保持適當(dāng)距離，確保開啟時不會因產(chǎn)生的振動互相影響。有必要的話，還須配備風(fēng)罩，以防風(fēng)對準確度的影響。

5）擺放衡器的底座需加強，千萬不可簡單焊一個鐵架。建議用平整的水泥墩或大理石臺，確?；鶊怨汤慰?。

6）衡器擺放的位置盡量不要過高，建議稍稍高于地面即可。容器過高的話，日后無論是檢定還是施工作業(yè)，安全隱患巨大。

7）流量裝置管線較多，大多是裸露或者懸空，一旦貼到衡器的某些部位，就有可能會影響衡器的稱量性能。建議把管線統(tǒng)一捆綁，有些實在無法捆綁在一起的管線保持一定距離，確保不會碰到衡器產(chǎn)生附加力（詳見JJG 164-2000中4.3.1.2條）。

4 注意事項

1）有些企業(yè)，想到了一種較為折中的方法（內(nèi)部自檢）。首先，確保容器內(nèi)無任何液體，再將衡器置零。準備一定數(shù)量標準砝碼，然后盡可能加放在液體流量裝置的稱重部分（秤臺空閑位置、容器上方或內(nèi)部等，確保標準砝碼不會滑落，并可以盡快保持穩(wěn)定）。以1.5 t/0.5 kg的衡器為例，首先，將300 kg標準砝碼全部加到液體容器（或任何空閑承載位置）上，稱重顯示器將顯示300.0 kg。記下數(shù)據(jù)后，取下全部300 kg的標準砝碼，再放水到容器內(nèi)，直到稱重顯示器顯示的質(zhì)量值為300.0 kg。一段時間后，如示值可以穩(wěn)定下來，再加300 kg標準砝碼到容器上，稱重顯示器上應(yīng)該顯示為600.0 kg。待穩(wěn)定之后，再次取下300 kg標準砝碼，然后再放水到容器內(nèi)，使該容器的稱重顯示器顯示為600.0 kg。按上述方法，對300 kg標準砝碼和水不斷進行替換，直到最大量程1.5 t，記錄下每次顯示的值（如需其他秤量點可根據(jù)需要調(diào)整所加載標準砝碼數(shù)量獲得）。如若每次數(shù)據(jù)和用水替換300 kg標準砝碼前都無差異，即視該液體流量標準裝置的稱重部分合格可用。從專業(yè)的角度來看此類方法，即便是存在一定誤差，但對于企業(yè)不定期自檢是非常有幫助的。

2）對于替代法，如果標準砝碼數(shù)量可疊加至50%最大秤量，就可以測量衡器的重復(fù)性。但用水來當(dāng)替代物的方法不可行，因為根據(jù)《數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》要求，水并不是一個質(zhì)量穩(wěn)定的載荷（水殘留在容器內(nèi)等情況）。

3）每次檢定的時候，容器中的液體需排空，以免加上最大秤量標準砝碼后，稱重傳感器超載損壞或是對檢定裝置結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。另外，對于把砝碼放置在容器內(nèi)部的情況，檢定工作開始前，必須保持容器內(nèi)部干燥，以免損壞標準器。

5 結(jié)語

流量標準裝置稱重部分采用上述方法改造后，衡器可堆疊砝碼數(shù)量有所增加，如表2所示。堆疊過程中人員安全問題得到解決，衡器稱量性能準確性也大大提高。

表2 改造方案總結(jié)