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    大口径液体流量仪表在线检测方法_李元满.pdf

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    大口径液体流量仪表在线检测方法_李元满.pdf

    1、2023年 6月流体测量与控制第 4卷第 3期(总第 16期)大口径液体流量仪表在线检测方法Discussion on Online Measuring Method of Large Diameter Liquid Flow Meter李元满(肯威斯(上海)测试技术有限公司,上海 201502)LI Yuanman(Kenvis(Shanghai)Test Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201502,China)摘要:大口径流量仪表在实际应用时,因不能断流及拆卸复杂,周期溯源与检测一直是流体计量的难题。结合现有的在线检测技术,提出一种同管径、小量程比或定点量传溯源

    2、的检测方法。采用便携式超声流量计和插入式电磁流量计相结合的方法,在实验室同管径、相同流量范围条件下同步溯源,再将实验室溯源后的标准流量计在相同安装方式下装夹到现场管道上,对现场大口径流量仪表进行检测实验。根据现场安装条件,可以在现场管道上同时安装 2种标准流量计进行检测,2种流量计可以相互核查,提高现场校准的可靠性,也可以单独对现场流量计进行定点量传溯源检测。通过实验验证,为大口径流量仪表的在线检测可靠性和测量精度的提高,提供了一种新的方法。关键词:流体测量;大口径;在线检测;仪表校准;超声流量计;电磁流量计Abstract:After the large-diameter runoff me

    3、ter was put into use,due to the undisconnection and the complexity of disassembly,cycle traceability and detection have always been a problem in fluid measurement.Combining with the existing on-line detection technology,a detection method with the same diameter,small range ratio or fixed point measu

    4、rement traceability was proposed.The method of combining portable ultrasonic flowmeter and plug-in electromagnetic flowmeter is adopted.Firstly,the source tracing is synchronized in the laboratory under the same pipe diameter and flow range,and then the standard flowmeter traced in the laboratory is

    5、 clamped to the field pipeline in the same installation mode,and the field large runoff meter is tested.According to the site installation conditions,two kinds of standard flowmeters can be installed on the field pipeline at the same time to detect the flowmeter,the two flowmeters can check each oth

    6、er,improve the reliability of field calibration.It can also be used alone to detect the spot flow meter.Through the experimental verification,a new method is provided for the reliability and accuracy of the on-line measurement of the large runoff meter.Key words:fluid measurement;metering;large diam

    7、eter;online testing;instrument calibration;ultrasonic flowmeter;electromagnetic flowmeter中图分类号:TH 715.3 文献标志码:A 文章编号:2096-9023(2023)03-0011-051前言随着城市化的快速发展,市政工程用水量和排放量也随之增加,大口径流量仪表的需求量也不断增加,在水库引水、源水进水厂、自来水出厂、污水处理和污水排放等方面得到广泛应用。同时,相应的流量计在投入使用后所面临的周期检测问题也日益突出。目前,国内外使用的大口径流量仪表包括电磁流量计、超声流量计、差压式流量计等,这些大口

    8、径流量仪表在长期使用后,需要校准检测,采用的方法主要有:离线检测,将被检流量仪表拆卸下来送到流量计量实验室校准检测,校准后,再将被检表安装到管道上;在线检测,利用经实验室溯源的流量计作为标准器,对被检流量计进行流量比对检测;仪表参数检测,对被检表的传感器、转换器进行电参数测量及功能性检查,确认流量仪表的可靠程度;清水池容积法,是以现场的清水池作为一个标准容器,在一段时间内采集通过被检流量计的流量和清水池的容积量(增加量或减少量),以清水池容积量作为标准值,计算被检流量计的误差,以达到检校流量计的目的。理论上,以上检测方法基本可以满足大口径流量仪表的检测需求,但在实际检测过程中,每种方法都有一定

    9、的局限性。大口径流量计一般体积和质量都比较大,有的仪表安装在地下管道中,若要 11Jun.2023Vol.4 No.3 Fluid Measurement&Control进行离线检测,需要从管道上拆卸下来送到流量计量实验室,费时费力;有的仪表需全天候运行,不能长时间停水,更不具备拆卸条件;仪表参数检测方法,难以直观地反映仪表的实际流量误差;清水池容积法,前期投资成本高,检测效率低;在线检测,因标准器在现场使用条件与实验室溯源条件不一致、安装条件不同及受人为因素的影响,检测的准确度会降低。目前,大口径流量仪表的检测,通常是以便携式超声流量计为标准表的在线检测方法,此方法的优点是标准表直接装夹在被

    10、检流量计管道上,不需要停产,不影响企业的正常生产经营。缺点主要有:标准表的现场检测条件与实验室溯源的条件不一致(管道口径、流量范围);现场管道内径腐蚀,尺寸测量偏差;现场检测井安装空间不足;标准器无法在线核查。本文通过采用便携式超声流量计和插入式电磁流量计为标准器,分析 2 种不同测量原理的标准表相结合的在线检测方法,可以相互验证,提高了检测数据的置信度。根据现场在线检测的条件,在实验室用相同安装方式、相同管径、相同流量范围定点溯源,溯源后再对大口径液体流量仪表进行在线检测,提高了测量精度和可信度。2检测方法2.1标准器选择目前,大多采用便携式超声流量计比对法在线检测大口径液体流量仪表1-7,

    11、便携式超声流量计现场检测安装方便,可以快速地安装在被检表管道上,不需要停产拆卸管道,不影响企业的正常生产运营。但由于现场管道环境各不相同,在现场检测中,影响测量结果的因素较多,例如:标准表溯源的管道口径和流量范围与现场不一致、现场检测井空间不满足标准表的安装等,导致最终的测量结果可信度较低。为了提高现场检测的精度,本文提出了依据现场管道情况,进行标准表(便携式超声流量计、插入式电磁流量计)定点流量范围溯源,并与 2种标准表相结合相互核查的方式进行现场检测。该方案以 2台标准表现场检测数据的平均值为标准流量数据,与被检表流量进行比对计算,提高了测量精度,可以有效避免因标准器发生偏离造成测量结果异

    12、常。2.2便携式超声流量计原理超声流量计是基于声波在流动介质中传播的时间与流量的关系,超声波在流体中传播时就会承载流体的流速信息,通过接收到的穿过流体的超声波就可以检测出流体的流速,再换算成流量。检测方法中,应用最为普遍的是速度差法,其基本原理是利用测量超声波脉冲在顺流和逆流介质中传播过程中的速度差来反映流体的流速8-9,常用的方式为 V 法。便 携 式 超 声 流 量 计 的 测 量 原 理 如 图 1所示。图 1 中:L 为换能器安装的距离;d 为管道的内径;D 为管道的外径;1为超声波在管材中的折射角;2为超声波在流体中的折射角。流速和流量计算公式分别为u=L2sin 2 cos 2t2

    13、-t1t2t1 (1)Qv=4 d2u (2)式中:t1为超声波顺流传播时间;t2为超声波逆流传播时间。2.3插入式电磁流量计原理在封闭管道中,设置一个与流动方向垂直的磁场,通过测量导电液体在磁场中运动所产生的感应电动势计算出流量。把需测流量的流体管道开一个孔,电极头深入到管道内,励磁线圈置于测量头,产生一个脉冲直流磁场,正交于测量头,流体垂直于磁场流动感应产生电动势 U,感应电动势 U 与管道流速 v 成正比10-12。插入式电磁流量计工作原理如图 2所示。极棒前端固定的 2个电极检出感应电势,其计算式为U=KBvD1 (3)式中:U 为感应电动势,V;D1为电极间距离,m;B为磁通密度,W

    14、b/cm2;v为平均流速,m/s;K 为与磁场分布及轴向长度有关的系数。图 1超声波流量计测量原理 122023年 6月流体测量与控制第 4卷第 3期(总第 16期)2.4实验流程根据某水务公司 1台 DN 1200口径的电磁流量计现场检测需求,采集现场仪表及流量计工况信息,依据现场工况,在实验室对便携式超声流量计和插入式电磁流量计在相同条件下进行定点溯源。溯源后按照实验室相同操作条件进行现场检测,对实验数据进行分析。本次实验选用的标准表为:便携式超声流量计,精度 0.5级;插入式电磁流量计,精度 0.5级;标准表溯源至实验室水流量标准装置,标准装置的测量范围 DN 2DN 2400,不确定度

    15、 0.16%;现场被检流量计为 DN 1200,流量范围为 1 2206 100 m3/h(0.31.5 m/s),常用流量点为 4 200 m3/h(约 1.1 m/s)。标准表溯源如图 3 所示,溯源至水流量标准流量装置如图 4所示。2.5安装条件和方法2.5.1实验室定点溯源及安装(1)相同口径管道安装。将便携式超声流量计和插入式电磁流量计同时安装在和现场工况一致的 DN 1200 试验管道上溯源,减少因不同管径溯源对标准表计量性能的影响。同一台便携式超声流量计在 DN 2DN 2400 水流量标准装置上,溯源检测不同口径的仪表系数,见表1。由表 1可知:管道口径相同,0.31.5 m/

    16、s流量范围内仪表系数线性误差在0.5%以内,符合标准表精度要求;管道口径不同,便携式超声流量计的仪表系数随管道口径的增大而减小,DN 100 与DN 1000 口径仪表系数相差了 1.37%,说明同管径溯源对现场检测精度非常重要。(2)相同流量范围定点溯源。现场流量计的常用流量范围比较小,为了提高标准表的计量精度,可以缩小仪表的量程比。标准表的溯源流量范围和流量点,可以覆盖被检流量计的常用流量点即可。(3)相同安装的重复性。按照同一方法和安装点,在实验室的管道上安装 2次并检测,分析安装的差异性。在现场检测时,复 现 实 验 室 的 安 装,减 少 因 安 装 操 作 影 响 检 测精度。2.

    17、5.2现场安装及注意事项(1)便携式超声流量计和插入式电磁流量计应安装在被测流量计相同管道上。(2)上游直管段长度不小于 10 倍管径,下游直管段长度不小于 5倍管径。(3)标准流量计与被测流量计之间应无分支管道分流,管道内外壁应平顺,无明显的凹凸,内壁无污垢。(4)插入式电磁流量计的安装插入深度与实验室溯源时,安装的位置和尺寸保持一致。(5)应保证检测管道中介质处于满管流状态,部分工况可以采取在管道上加装自动排气阀。(6)同步采集 2 台标准表数据和 1 台被检表数据。图 2插入式电磁流量计工作原理图 3标准表溯源图 4实验室水流量标准装置 13Jun.2023Vol.4 No.3 Flui

    18、d Measurement&Control2.5.3测量流量及示值误差计算流量显示稳定后,分别对便携式超声流量计、插入式电磁流量计和被测流量计的累积流量及累积时间(测试时间 30 min)进行测量,得到标准流量计的累积流量 V1及其对应的流量累积时间 ta、被测流量计的累积流量 V2及其对应的流量累积时间 tb;根据得到的测量数据,计算该时间段内流量测量的示值误差。累积流量测量的示值误差为E1=()taV2tbV1-1 100%(4)式中:E1为累积流量测量的示值误差,%。当 0.999 tatb1.001 ta时,可认为 tatb,式(4)可简化为E1=()V2V1-1 100%(5)3实验

    19、验证及分析3.1标准表实验室溯源便携式超声波流量计和插入式电磁流量计同时安装在实验室水流量标准装置的 DN 1200 管道上,对 2台标准表进行同步校准,将校准后的仪表系数组态到仪表中。然后重新安装 2 台标准表,在0.31.5 m/s流速范围内,对 2 台标准表进行第 1 次检测;检测后,再重新安装 1 次,对 2 台标准表进行第 2次检测,检测数据见表 2。表 1便携式超声流量计在水流量标准装置不同口径管道上溯源仪表系数管道口径DN 100DN 300DN 500DN 800DN 1000DN 1200DN 1400DN 1600DN 1800DN 2000DN 2400仪表系数 k0.3

    20、 m/s0.997 10.994 70.990 80.987 60.985 80.982 60.978 50.975 40.973 20.970 20.969 10.5 m/s0.999 70.996 30.993 40.989 30.986 60.981 70.979 40.979 20.976 10.974 30.972 91.0 m/s0.999 20.996 90.995 30.989 60.988 70.984 60.983 20.978 11.5 m/s1.001 80.999 10.994 10.991 40.990 20.985 80.982 1平均系数 k0.999 50.9

    21、96 90.992 50.989 50.988 00.984 20.980 30.976 80.974 70.972 30.971 0表 2便携式超声波流量计和插入式电磁流量计在水流量标准装置上校准数据流量点/(m3h1)6 1004 1002 050流速/(ms1)1.51.00.5次数12121标准装置流量/(m3h1)6 095.3566 096.1146 095.8386 087.3976 086.8646 087.2214 115.9244 115.4164 116.2314 109.2454 110.1144 109.6632 056.5422 057.0202 056.124便携

    22、式超声流量计流量/(m3h1)6 082.1696 095.6346 090.8766 083.5806 071.3986 079.2274 111.0644 103.4774 108.2134 102.3474 101.1964 094.2522 051.1152 050.3782 053.336便携式超声流量计与标准装置示值误差/%-0.22-0.01-0.08-0.06-0.25-0.13-0.12-0.29-0.19-0.17-0.22-0.37-0.26-0.32-0.14-0.10-0.15-0.20-0.25-0.24重复性/%0.110.100.090.110.10插入式电磁流

    23、量计流量/(m3h1)6 108.5776 097.0936 103.6646 082.5536 095.1026 091.6744 112.4194 107.0134 104.8984 101.2834 094.1474 100.1682 049.9552 049.0892 051.911插入式电磁流量计与标准装置示值误差/%0.220.020.13-0.080.140.07-0.09-0.20-0.28-0.19-0.39-0.23-0.32-0.39-0.200.120.04-0.19-0.27-0.30重复性/%0.100.110.100.100.09 142023年 6月流体测量与控

    24、制第 4卷第 3期(总第 16期)由表 2可知:(1)便携式超声流量计和插入式电磁流量计,在同管径校准后,在校准的流量范围内检测,最大示值误差和重复性都在仪表的精度范围内。(2)便携式超声流量计和插入式电磁流量计,在同管径、相同流量范围下,重复性安装,第 1 次检测数据和第 2次检测数据比对,最大偏差在 0.1%以内。说明在相同条件下,重复安装对测量结果的影响是可控的。(3)在相同的安装方式、管径、流量范围条件下,可采用便携式超声流量计和插入式电磁流量计作为现场检测的标准表,进行大口径流量仪表现场检测。3.2现场检测验证在实验室溯源后,将便携式超声流量计和插入式电磁流量计按照相同的安装方式,安

    25、装到现场DN 1200 管道上,对 DN 1200 的电磁流量计同步检测,由于现场工况为常用流量,不具备调节的条件,故只对 1.1 m/s 流速下的流量进行检测,检测 3 次,每次检测时间为 30 min,同步采集 2 台标准表和 1台 被 检 流 量 计 的 累 计 流 量 进 行 计 算,检 测 数 据见表 3。由表 3可知:(1)便携式超声流量计和插入式电磁流量计经同管径校准后,在校准的流量范围内现场定点对大口径电磁流量计检测,便携式超声流量计检测结果示值误差 0.80%,重复性 0.20%;插入式电磁流量计测结果示值误差 0.95%,重复性 0.22%。以 2 台标准表的测量结果为平均

    26、值计算,现场检测示值误差为 0.87%,能满足客户要求(一般现场检测条件,大口径流量仪表的最大允许误差为2%)。(2)2 台标准表在同管径、相同流量范围条件下,同步对一台同口径流量计进行检测,2台标准表的检测数据最大偏差在 0.30%以内,与实验室 2 台标准表之间的偏差基本一致,说明 2 台标准表稳定性较好,可以相互核查验证。(3)通过以上溯源实验及现场检测验证,说明采用便携式超声流量计和插入式电磁流量计为标准表,相互核查,在同管径、相同安装方式、相同流量范围条件下,开展大口径流量仪表的现场检测方法是可行的,可以更好地提高现场测量精度和测量结果的可靠性。4结语本文介绍了采用便携式超声流量计和

    27、插入式电磁流量计相结合的方法,进行大口径流量仪表的现场检测,通过在实验室同口径、相同流量范围条件下的定点溯源,与对重复安装的验证,基本误差控制在标准表精度范围内;在水司现场进行同口(下转第 23页)续表 2流量点/(m3h1)1 220流速/(ms1)0.3次数212标准装置流量/(m3h1)2 053.1932 052.8942 053.0021 023.3151 022.9181 023.1041 026.4571 026.9011 027.017便携式超声流量计流量/(m3h1)2 046.3702 049.0422 046.7761 018.0641 019.8211 018.3751

    28、 021.9241 024.1701 022.665便携式超声流量计与标准装置示值误差/%-0.33-0.19-0.30-0.51-0.30-0.46-0.44-0.27-0.42-0.27-0.43-0.38重复性/%0.080.110.10插入式电磁流量计流量/(m3h1)2 046.8522 048.7582 050.2471 018.2441 020.3381 018.2691 021.3941 021.6711 023.557插入式电磁流量计与标准装置示值误差/%-0.31-0.20-0.13-0.50-0.25-0.47-0.49-0.51-0.34-0.21-0.41-0.45重

    29、复性/%0.090.130.10表 3用便携式超声流量计和插入式电磁流量计对现场 DN 1200电磁流量计在线检测数据流量点/(m3h1)4 646流速/(ms1)1.1时间/min303030DN1200被检表电磁流量计累积量/m32 328.4062 318.7572 321.488便携式超声流量计累积量/m32 314.9362 296.6282 301.707被检表与便携式超声流量计比对示值误差/%0.580.960.860.80重复性/%0.20插入式电磁流量计累积量/m32 308.1372 291.5152 303.623被检表与插入式电磁流量计比对示值误差/%0.881.190

    30、.780.95重复性/%0.22 152023年 6月流体测量与控制第 4卷第 3期(总第 16期)确认。首先,确保吸油滤芯是否堵塞,吸油滤芯往往不加旁通阀,以防止滤芯堵塞后油箱中的杂质通过旁通阀进入系统;其次,排查油泵的吸油管路,如果吸油管路中出现渗漏,或者吸油管路明显过细、局部过细等情况,应排除此故障后再次试车。应该注意的是,在举升或者下降过程中出现噪声变大,因为举升或者下降过程中,油箱内的油液变化较大,表明噪声变大可能与油箱上的空气滤清器有关,因为油箱内油液量的改变会引起油箱内空气量的改变,此时需要排查空气滤清器滤芯是否堵塞或者出现了其他故障。7结语本文简单地对矿卡举升液压系统,以及其中

    31、的液压元件的基本原理进行了论述,对在调试过程中举升液压系统问题进行了分析,并给出了调试方案。参考文献:1 高旭,秦家升,石立京,等.矿用挖掘机液压油箱仿真分析与改进 J.流体测量与控制,2021,2(5):9-11.2 赵波.交流传动电动轮自卸车结构与设计 M.北京:中国铁道出版社,2013.3 张海平.液压平衡阀应用技术 M.北京:机械工业出版社,2017.4 高旭,秦家升,石立京,等.挖掘机液压散热系统仿真分析 J.流体测量与控制,2022,3(4):5-7.5 张海平.液压速度控制系统 M.北京:机械工业出版社,2014.(上接第 6页)参考文献:1 DEL CAMPO D,CASTIL

    32、LA R,RAUSH G,et al.Pressure effects on the performance of external gear pumps under cavitation J.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part C:Journal of Mechanical Engineering Science,2014,228(16):2925-2937.2 BEECHAM T E.High pressure gear pumps J.Proc I Mech E,1946,154:417-429.3 MU

    33、CCHI E,DALPIAZ G,RINCON A F D.Elasto-dynamic analysis of a gear pump(Part):improvement in the pressure distribution modellingJ.Mechanical System and Signal Processing,2015,50/51:193-213.4 VACCA A,GUIDETTI M.Modelling and experimental validation of external spur gear machines for fluid power applicat

    34、ionsJ.Simulation Modelling Practice and Theory,2011,19(9):2007-2031.5 FROSINA E,SENATORE A,RIGOSI M.Study of a high-pressure external gear pump with a computational fluid dynamic modeling approachJ.Energies,2017,10(8):1113.6 MANRING N D,KASARAGADDA S B.The theoretical flow ripple of an external gear

    35、 pumpJ.J Dyn Sys Meas Control,2003,125(3):396-404.7 魏列江,王鑫,张静,等.外啮合齿轮泵内部流场的仿真与分析 J.机床与液压,2013,23:141-144.(上接第 15页)径、相同流量点的定点检测,实验验证了在同管径、重复性安装、相同流量范围条件下,用便携式超声流量计和插入式电磁流量计,对大口径流量仪表现场检测的可行性,提高了测量精度。2 种标准表同时对一台被检表进行检测,2 台标准表可以相互核查验证,确保了现场检测数据的可靠性,为大口径流量仪表在线检测提供了一种新方法。参考文献:1 张强.超声流量计在线校准方法探讨J.中国计量,2021

    36、(3):117-118.2 苗豫生,王华,蔡洁.在线校准大口径流量计的实验验证 J工业计量,2013,23(4):16-17,29.3 郑建英,马龙博.基于插入式超声波流量计的现场污水流量计校准方法及实验研究 J.计量技术,2016(12):41-44.4 张东飞,耿存杰,刘晓平,等.基于标准表定点量传的大口径电 磁 流 量 计 在 线 校 准 方 法 研 究J.计 量 技 术,2018,530(10):50-52.5 李晶晶,吴波,史慧超,等.闸阀扰流对外夹式超声流量计测量精度影响研究 J 测控技术,2022,41(12):19-23.6 卢宜东,于文浩,周文江,等.球阀开度对便携式超声波流

    37、量计测量精度的影响 J.自动化与仪表,2022,37(8):58-61.7 张艳萍.实现在线大口径水流量计的检测及校准 J.山西口径,2008(3):168-169.8 金炜,杨思雨,臧杰,等.弯头对便携式超声波流量计测量精度的影响 J.自动化与仪表,2022,37(6):65-68,83.9 超声流量计:JJG 10302007 S.北京:中国计量出版社,2004.10 王钰.插入式电磁流量计原理和合适应用场合 J.医药工程设计,2000(1):38-41.11 电磁流量计检定规程:JJG 10332007 S.北京:中国质检出版社,2007.12 管道式电磁流量计在线校准要求:CJ/T 3642011 S.北京:中国标准出版社,2011.23


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