JJF(冀) 117-2013 孔口流量计校准规范.pdf
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1、 河北省地方计量技术规范 JJF(冀) 117-2013 孔口流量计校准规范 Calibration Specification for Special Orifice Flowmeters 2013-09-29 发布 2014-01-01 实施 河 北 省 质 量 技 术 监 督 局河 北 省 质 量 技 术 监 督 局发发 布布 JJF(冀) 117-2013 - 1 - 孔口流量计校准规范 Calibration Specification for Special Orifice Flowmeters 归 口 单 位:河北省质量技术监督局 主要起草单位:河北省计量监督检测院 参加起草单位
2、:河北省计量科学研究所 河北大学 本规范委托主要起草单位负责解释 JJF(冀)117-2013 JJF(冀)117-2013 - 2 - 本规范主要起草人: 陈世砚(河北省计量监督检测院) 屈宏强(河北省计量监督检测院) 牛立娜(河北省计量监督检测院) 参加起草人: 赵 宁(河北大学) 任彦丽(河北省计量科学研究所) 李国栋(河北省计量监督检测院) 回 吉(河北省计量监督检测院) 邢静芳(河北省计量监督检测院) 田鹏飞(河北省计量监督检测院) 路军月(中国石油天然气股份有限公司 山西煤层气勘探开发指挥部) JJF(冀)117-2013 I 目目 录录 引 言 . II 1 范围 . 1 2 引
3、用文献 . 1 3 术语和计量单位 . 1 3.1 术语 . 1 3.2 计量单位 . 2 4 概述 . 3 4.1 结构 . 3 4.2 原理 . 3 4.3 用途 . 5 5 计量特性 . 5 6 校准条件 . 5 6.1 环境条件 . 5 6.2 主标准器及配套设备 . 6 6.3 其它设备 . 6 7 校准项目及校准方法 . 6 7.1 校准项目 . 7 7.2 校准方法 . 7 7.2.1 普通孔口流量计流量差压相关因子校准 . 7 7.2.2 智能孔口流量计流量系数校准 . 10 8 校准结果表述 . 14 9 复校时间间隔 . 14 附录 A 普通孔口流量计校准记录格式 . 15
4、 附录 B 智能孔口流量计校准记录格式 . 16 附录 C 普通孔口流量计校准证书内页格式 . 18 附录 D 智能孔口流量计校准证书内页格式 . 19 附录 E 不确定度评定实例 . 20 JJF(冀)117-2013 II 引 言 本规范参照国际法制计量组织(OIML)的国际建议 OIML R137-1&2:2013气体流量计 (Gas Meters)及 GB/T 2624.1-2006用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第 1 部分:一般原理和要求,并结合我省孔口流量计的生产、使用和校准现状进行制定,主要的技术指标参照了国际建议编写。 目前,孔口流量计广泛应用于计量部门、环
5、境监测部门和工业部门对采样器流量参数的现场校准,如:总悬浮颗粒物采样器(TSP)。目前,常见孔口流量计主要出自青岛崂山应用技术研究所、武汉市天虹仪表有限责任公司、青岛崂山电子仪器总厂有限公司、青岛恒远科技发展有限公司、广州市林华环保科技有限公司等,按智能化程度可以分为:普通孔口流量计和智能孔口流量计。 根据 JJF 1071-2010国家计量校准规范编写规则第 3.1、3.2 条,本规范将流量差压相关因子A和流量修正系数k及其扩展不确定度列为计量性能并作为计量校准的主要工作。 本规范引用了 JJG 882-2004 差压变送器 检定规程中对差压变送器的检定要求和 JJG 640-1994差压式
6、流量计检定规程中对差压式流量计的检定要求。 本规范是首次制定使用。 JJF(冀)117-2013 - 1 - 孔口流量计校准规范 1 范围 本规范适用于以气体为测量介质, 范围在(0.1120)m3/h 孔口流量计(以下简称流量计)的校准。 2 引用文献 JJG 640差压式流量计检定规程 JJG 882-2004差压变送器检定规程 JJF 1001-2011通用计量术语及定义 JJF 1004流量计量名词术语及定义 JJF 1059-2012测量不确定度评定与表示 JJF 1071-2010国家计量校准规范编写规则 GB/T 2624.1-2006用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体
7、流量 第 1 部分:一般原理和要求 HJ/T 368-2007环境保护产品技术要求标定总悬浮颗粒物采样器用的孔口流量计 国际建议 OIML R137-1&2:2013气体流量计(Gas Meters) 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。 3 术语和计量单位 3.1 术语 JJF 1001、JJF 1004 界定的及以下术语适用于本规范。 3.1.1 孔口流量计 Orifice flowmeter 孔口流量计是差压式流量计的一种, 由节流装置和差压计(或差压变送器和显示仪表)组成,其中节流装置一端直通大气且唯有单
8、一取压孔。 JJF(冀)117-2013 - 2 - 3.1.2 指定校准流量 fixed flow rate 孔口流量计用户指定校准的流量,fixedq。 3.1.3 节流装置 throttle devices 装入管道以产生差压的装置,测量此差压,并根据已知的流体状态、装置几何尺寸和管道几何尺寸,即可计算出流量。 3.1.4 管壁取压孔 wall pressure tapping 管壁上的圆形孔,其边缘与管道内表面平齐。取压孔用于测量管道内流体的静压。 3.1.5 差压 differential pressure 孔口流量计在负压状态下, 流量计下游取压孔处压力与环境大气压力的差值。 3.
9、1.6 一次装置 primary device 产生流量信号的装置,根据所采用的原理,一次装置可在管道内部或外部。对孔口流量计而言,一次装置包括测量管、节流装置及取压孔。 3.1.7 二次装置 secondary device 接受来自一次装置的信号并显示、记录、转换和(或)传送该信号以得到流量值的装置。 3.1.8 负压法 downright pressure 校准孔口流量计时,流量计内流体绝对压力小于环境大气压力的校准方法称为负压法。 3.2 计量单位 3.2.1 体积单位:立方米,符号 m3;或升,符号 L。 3.2.2 流量单位:立方米每分钟,符号 m3/min;或升每分钟,符号 L/
10、min。 3.2.3 压力单位:帕斯卡,符号 Pa。 3.2.4 温度单位:摄氏度,;或热力学温度:开尔文,符号 K。 JJF(冀)117-2013 - 3 - 4 概述概述 4.1 结构 孔口流量计由一次装置和二次装置两部分组成。根据二次装置智能化程度可分为普通孔口流量计和智能孔口流量计两类。 普通孔口流量计由节流装置和差压仪表两部分组成(如图 1 所示),此类流量计只能显示差压值,用户根据差压值换算出流量值。 智能孔口流量计由节流装置和差压变送器及显示仪表组成(如图 2 所示),差压变送器将测得的差压值转换为流量值显示在仪表上。 0节流件取 压 孔节流件取压孔差压变送器DP大气压大气压显示
11、仪表图1 孔口流量计组成图2 智能孔口流量计组成0000差 压 仪 表0节流件取 压 孔节流件取压孔差压变送器DPDP大气压大气压显示仪表图1 孔口流量计组成图2 智能孔口流量计组成0000差 压 仪 表 图 1 普通孔口流量计结构示意图 图 2 智能孔口流量计结构示意图 4.2 原理 孔口流量计上游直通环境大气,下游有一定长度的直管段,气体流经节流装置时产生压力降(如图 3 所示)。气体的流束将在流量计节流件处形成局部收缩,因而流速增加,静压降低,在节流件前后产生差压(采用负压法测量时即取压孔处压力与环境大气压力的差值),此差压值与流体的流量有确定的数值关系。因此,只要测量出差压值,就可以得
12、到流体通过管道的流量大小。 以伯努利方程和流动连续性方程为理论依据,可得孔口流量计流量方程 pqAv (1) 式中:vq实际流量,m3/min 或 L/min; JJF(冀)117-2013 - 4 - p孔口流量计测得差压值,Pa。 A流量差压相关因子,2127kgm。 (a)流动情况(b)压力分布(c)速度分布P1=P0L2L1213P1-P3P3P2=P1-P2V1V2V3(a)流动情况(b)压力分布(c)速度分布P1=P0L2L1213P1-P3P3P2=P1-P2V1V2V3 图 3 孔口流量计流体流动特性示意图 由于检测环境的差异,二次仪表根据实际检测环境条件可修正到不同要求的参考
13、条件(101.325kPa,273.15K,293.15K,298.15K),这里以标准状况 293.15K为准: mNNmVTPTPpAq (2) 式中:Vq孔口流量计标准状态下体积流量,m3/min 或 L/min; NP标准状态下的大气压,101.325kPa; NT标准状态下的温度,293.15K; mP现场大气压,Pa; mT现场温度,K。 智能孔口流量计通过二次仪表已经将流量差压相关因子A置入,而且,为了 JJF(冀)117-2013 - 5 - 适应实流标定的需求,设置了流量修正因子k: Vsqqk (3) 式中:sq流量标准器标准状态下体积流量,m3/min 或 L/min;
14、Vq孔口流量计标准状态下体积流量,m3/min 或 L/min; k流量修正因子,无量纲。 4.3 用途 孔口流量计广泛应用于采样器流量参数的现场校准,如:总悬浮颗粒物采样器(TSP)。 5 计量特性计量特性 5.1 流量差压相关因子A的扩展不确定度 普通孔口流量计流量差压相关因子A的扩展不确定度见表 1。 5.2 流量修正系数的扩展不确定度 智能孔口流量计流量系数扩展不确定度见表 1。 表 1 流量计相关参数扩展不确定度 仪表类型 相对扩展不确定度% 流量差压相关因子A 流量修正系数k 普通孔口流量计 1.0 1.5 智能孔口流量计 0.5 1.0 注:以上指标不是用于合格判据,仅供参考。
15、6 校准条件校准条件 6.1 环境条件 6.1.1 校准环境条件 JJF(冀)117-2013 - 6 - 环境温度:(1525) 相对湿度:45%75% 大气压力:(86106)kPa 6.1.2 室内应防潮、避尘、防热,无强电磁场干扰,无强的机械振动。 6.2 主标准器及配套设备 主标准器及配套设备均应有有效的检定/校准证书。 6.2.1 主标准器 主标准器可选用标准表法气体流量标准装置、钟罩式气体流量标准装置及音速喷嘴式气体流量标准装置等, 其流量范围应与被校孔口流量计的流量范围相适应,其扩展不确定度应优于孔口流量计扩展不确定度的 1/2。 6.2.2 配套设备 根据负压法测量原理配套设
16、备见表 3。 表 3 配套设备 序号 设备名称 技术要求 用 途 1 智能数字压力表 0.05 级 测量差压变送器的差压值 2 电子秒表 MPE: 0.01s 测量每次校准时间 3 空盒气压表 MPE: 2.5hPa 测量大气压力 4 温度计 MPE: 0.2 测量仪表温度 5 温湿度计 MPE: 5%RH 测量环境湿度和温度 6 压力源 MPE: 1Pa 提供差压变送器校准时的稳定压力源 7 交流稳压电源, 220V, 1000W _ 提供稳定电源 8 旋涡气泵 _ 提供流量校准时的稳定气源 6.3 其他设备 供给孔口流量计的气源压力应平稳,变化量不超过 1%;气源一般应是无油,无灰尘的净化
17、空气,可以配用空气过滤器、减压阀和气动定值器。 7 校准项目和校准方法校准项目和校准方法 JJF(冀)117-2013 - 7 - 7.1 校准项目 7.1.1 普通孔口流量计流量差压相关因子校准 7.1.2 智能孔口流量计流量系数校准 7.2 校准方法 7.2.1 普通孔口流量计流量差压相关因子校准 7.2.1.1 普通孔口流量计校准系统如图 4 所示: 变频器(负)压源标准表普通孔口流量计通大气配套差压仪表取压孔-通大气+变频器变频器(负)压源标准表标准表普通孔口流量计通大气配套差压仪表取压孔-通大气+ 图 4 普通孔口流量计校准系统示意图 7.2.1.2 密封性 将孔口流量计一段用塞子堵
18、死,另一端连接压力源。根据孔口流量计相关参数合理供压,待压力平稳后读取初始压力值,稳定 2min 后再次读取,观察压力值的变化情况,若变化值在 2%以内认为密封性良好,无泄漏。 7.2.1.3 预运行 选择合适的流量标准器,启动气源,缓慢调节流量,在孔口流量计测量范围内任选一流量点平稳运行不低于 2min,同时观测标准器和流量计各部件运行是否正常。 7.2.1.4 校准过程 在孔口流量计流量范围内均匀选择 57 个流量点(包括上、下限值)进行校准,校准流量一般不超过设定流量的 5%,每个流量点校准时间不少于 120s。 a) 记录流量标准器瞬时流量或同步记录累积流量和时间,计算出瞬时流量; b
19、) 每点独立测量过程中,每隔 10s 左右采集孔口差压计的压力示值ijp,至 JJF(冀)117-2013 - 8 - 少采集 6 次; c) 计算每个校准点的平均差压值ip及其重复性引入的相对标准不确定度irpu ; d) 由每次校准中测得的瞬时流量和差压值根据公式(1)即可求得每点的流量差压相关因子iA; f) 普通孔口流量计整个流量范围内的流量差压相关因子取几个校准流量点iA的均值即可。 7.2.1.5 数据处理 孔口流量计流量差压相关因子按照公式(4)计算: miiAmA11 (4) 式中:A孔口流量计的平均相关因子,2127kgm; iA第i点校准得到的流量差压相关因子,2127kg
20、m; i校准流量点; m孔口流量计校准点的个数。 由公式(1)可得孔口流量计i点流量差压相关因子: 2116060isisiptVptVA (5) 式中:sV第i点校准时流量标准器的累计流量,L 或者 m3; t第i点校准时计时器的累计时间,s; ip第i点校准中测得的差压仪表的差压均值,Pa; 其中,第i点校准的差压值ip按照公式(6)计算: njijipnp11 (6) JJF(冀)117-2013 - 9 - 式中:ip差压仪表第i点校准过程中采集的压力均值,Pa; ijp差压仪表第i点校准过程中第j次采集的压力值,Pa; n第i点差压值测量次数。 7.2.1.6 重复性计算 在i流量点
21、,差压仪表采集的压力均值ip重复性按下式计算: njiijippnps1211 在i流量点,差压值由n次重复测量的平均值ip进行计算,由重复性引入的相对标准不确定度为: nppspuiiir (7) 7.2.1.7 合成不确定度 由公式(4)按不确定度传播率得到流量差压相关因子A的合成标准不确定度为: niirrAunAu11 (8) isirputuVuAurrr22225. 0 (9) 式中: srVu流量标准器引入的不确定度分量; tur计时标准器引入的的不确定度分量; irpu 配套差压仪表示值重复性引入的不确定度分量。 7.2.1.8 扩展不确定度 普通孔口流量计流量差压相关因子A校
22、准结果的相对扩展不确定度按公式(10)计算: AukAUrr2k (10) JJF(冀)117-2013 - 10 - 7.2.2 智能孔口流量计流量系数校准 7.2.2.1 流量计差压系数校验 流量计差压变送器是差压仪表的一种,不同之处在于差压变送器有压力修正系数。 a) 准备工作 流量计应在校准环境下一般应放置两个小时后再进行校准,首先进行环境温度和大气压力设置,而后将孔口流量计差压变送器和智能数字压力表同步校零。 b) 校准过程 在差压变送器测量范围内,均匀选取不少于 5 个压力点进行校准,包括上、下限值。校准时缓慢调节压力源,保证压力值缓慢平稳地按同一个方向逼近校准点。令压力校准装置和
23、差压变送器同时测量同一压力信号,稳定 3s 后同时读取标准装置示值sip和流量计差压示值mip,根据测量数据校准差压传感器零点修正因子 a 和修正系数0N。 c) 数据处理 首先根据测量数据校准零点修正因子 a,而后校准压力系数0N。 计算流量计差压修正系数按以下公式计算: 0NppNmisii (11) niiNnN11 (12) 式中:0N流量计差压变送器的修正系数,无量纲。 将N作为新的差压变送器修正系数,输入被校流量计。 7.2.2.2 流量计流量系数校准 a) 设备连接 JJF(冀)117-2013 - 11 - 完成差压系数校准后,对智能孔口流量计开展流量系数校准。系统内压力波动不
24、应超过被检表不确定度的 1/5。示意图如下: 图 5 智能孔口流量计校准系统示意图 b) 密封性 将孔口流量计一段用塞子堵死,另一端连接压力源。根据孔口流量计相关参数合理供压,待压力平稳后读取初始压力值,稳定 2min 后再次读取,观察压力值的变化情况,若变化值在 2%以内认为密封性良好,无泄漏。 c) 预运行 启动气泵和变频器,缓慢调节流量,在孔口流量计测量范围内任选定一流量点平稳运行不低于 2min。同时观测标准器和流量计各部件运行是否正常。 d) 校准过程 在流量计流量范围内,一般校准:均匀选取不少于 3 个流量点进行校准,包括上、下限值;用户有特定要求校准:按minq、fixedq、m
25、axq流量点进行校准。 校准流量一般不超过设定流量的 5%,单点单次校准时间不低于 120s,每点至少校准 3 次。 JJF(冀)117-2013 - 12 - e) 数据处理 1) 标准装置流量方程 标准装置自身具备温压补偿功能,即可得到标况下的累积体积流量,记录标准装置校准累计流量sV和校准时间t,计算得出标准体积流量sq: tVqss60 (13) 式中:sq被校流量点标状下体积流量,m3/min 或 L/min; sV标准状况累计体积,m3或 L; t流量点校准累积时间,s。 2) 流量计流量示值 根据 4.2 中公式(2)得智能孔口流量计瞬时流量理论值为: mNNmVTPTPpAq
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