气体流量计在线检定系统的设计与应用
管道天然气超声流量计在线检验系统设计
２ Ｚ ￣ｉｎ ｒｖｎｅＩ ｓｔｔ ｏ ｅｒｌｇ ， ｎ ｚ ｏ １０ ３ Ｃ ｉａ ． ｈ ａ ｇＰ ｏｉｃ ｎｔｕｅ ｆ ｔ ｏ ｙ Ｈａ ｇｈ ｕ３ ０ １ ， ｈｎ ） ｉ Ｍ ｏ
０ 引 言
把 沉 重 的 标 准 装 置 送 到 检 验 地 既 小 方便 ， 会 带 求岛 额 的 也
一 一
Ｌ ｉａ ０ ｌ— ｎ ．ＣＨＥ 『ｆ ＮＧ ｉ。 ＩＤ ｎ —ｈ ｎ Ｊａ ，Ｌ ｏ ｇ ｓｅ ｇ ，ＷＵ Ｈｕ ｎ ｆｎ ａ— ｅ
（ ． ｏｌ ｅｏ ｅ ｏｏ ｙａ ｄ Ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｎ ｉｅ ｒｎ ， ｈ ｎ ｉ ａ ｇ Ｕ ｉｅ ｓ ｙ Ｈａ ｇ ｈ ｕ ３ ０ １ ， ｈｎ １ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｔ ｌｇ ｎ ａｕ ｅ ｎ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｃ ｉ ａＪｌ ｎ ｎｖ ｒｉ ， ｎ ｚ ｏ １ ０ ８ Ｃ ｉａ ｅ Ｍ ｒ Ｅ ｉ ｔ
了研 究探索 。阐述 了声速 比较检验法 的理论依据与 步骤 ， 建立 ｒ声速计 模型 。根据俭 验规程 和现场 并 算 实际情况设 汁了 一种基 于声 速比较法 的超声流量计 在线检验 系统软硬 什 利川 ｃ 台 发 设计 陔系统 坪 的检验程序。该系统通过 以太网与流量计算机 连接 ， 同步读取流量 ， 洲声速 、 实 压力 、 温度 、 信号增 益 、 噪 信
基 金 项 目 ： 江 省科 厅 重 大 科 技 专 项 优 先 主题 重点 项 目 （０ ９ ｌ０ ８ ； 江 省 划 项 目（ ０９ ２ ２ 浙 ２ ０ Ｃ １０ ） 浙 ２０ ０ ０ ）
第 ８期 检 验并取得 了初步 的成果 。
吕几凡 ， ： 等 管道天然气超声流量计在线检 验系统设计
（． １ 中国 计 量 学 院 计 量 测 试 工 程 学 院 。 江 杭 州 ３ ０ １ 浙 １ ０８ ２ 浙 江 省 计 量 科 学研 究 院 热 能 所 ， 江 杭 州 ３ ０ １ ） ． 浙 １０ ３
气体流量计检定系统软件的设计
气体流量计检定系统软件的设计摘要：流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛用于化工、石油、轻纺、食品、医药、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。
因此对其准确性的检验也成为计量检定部门及仪表生产厂家的重要工作之一。
关键词：气体流量计；软件；设计Abstract: the flow meter is one of the categories of instruments for process automation instrument and apparatus, it is widely used in chemical, petroleum, textile, food, medicine, environmental protection and the People‟s Daily life and so on various fields of national economy, is the development of industrial and agricultural production, save energy, improve the quality of our products and improve the economic benefit and management level of the important tools, occupies an important position in national economy. So the accuracy of the inspection also become metrological verification department and instrumentation manufacturers one of the important work.Key words: gas meter; Software; design一、前言：流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛用于化工、石油、轻纺、食品、医药、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。
气体超声流量计远程诊断系统应用设计
图3 超声流量计增益趋势图 Fig.3 Gain trend diagram of ultrasonic flowmeter
图2 超声流量计声道报警状态图 Fig.2 Ultrasonic flowmeter channel alarm status diagram
和运行参数进行实时监测（如：流量计的接收率、增益、 流速剖面系数、信噪比等参数）。
2）当现场超声流量计的重要诊断指标和运行参数超出 正常范围时，进行实时报警，提示相关人员进行处理（见 图2）。 2.2 趋势分析与性能追踪
1）实现计量重要参数的历史曲线调用与查看（见图3）。 2）实现超声流量计运行性能指标的趋势分析和追踪。 3）实现计量回路重要运行性能指标的趋势分析和追踪。 2.3 声速核查 系统通过内嵌的专业软件计算理论声速，形成符合检 定规程测量数据要求的声速核查报告，即可远程进行超声 流量计的使用中检验，极大地降低了检定成本和时间。 2.4 远程维护 远程诊断系统内嵌流量计诊断软件和分析仪诊断软件， 通过内嵌的设备诊断软件，可对超声流量计和色谱分析仪 进行在线诊断和调整，实现对现场设备的远程维护（如更 换标气数值、定制色谱分析仪标定和运行、远程自检、核 查等）。工程师无需再奔赴现场就能方便地查看设备运行
气体超声流量计远程诊断系统由输气站场超声流量 计、色谱分析仪、流量计算机、网络设备和调控中心设备 （数据采集服务器、数据库服务器、监控操作站及网络设 备）组成（见图1）。
2 远程诊断系统功能
2.1 监测与报警 1）远程诊断系统可对现场超声流量计的重要诊断指标
收稿日期：2018-12-12 作者简介：吴洪伟（1976-），男，吉林人，本科，高级工程师，从事自动化设计。
流量计的在线检定
( 1)
( ts - 20)〕
式中
〔 1 + ( t m - t s )〕 〔 1 - k( P m - P s )〕 ( 2) Qs 流量 计工作状态下体积管基准段 的容积值, L; V 20 D e
s
在标准状态下, 标准体积管基准段 容积值 , L ; 标准体积管内径 , m m; 标准体积管壁厚 , m m; 标准体积管体膨胀系数, ; 标准体积管材料弹性模量 , M Pa; 液体膨胀系数,
第 24 卷第 6 期
油
气
储
运
43
流量计的在线检定
祝龙林
*
பைடு நூலகம்
梁
冰
( 中石化管道 储运分公司南京输油处仪征输油站 )
祝龙林 梁 摘 要
冰 : 流量计的在线检定, 油气储运, 2005, 24( 6) 43~ 46 。 介绍了双向标准体积管在线实液检定流量计的工艺特点 、 工作原理和操作程序 , 通过
分析影响流量计在线检定结果的主要因素, 指出控制好检定环境 , 选择合适的测温、 测压仪表 , 准确 读取温度、 压力等参数, 才能获得可靠的检定结果 。 主题词 管道 流量计 在线检定 结果分析 准段进口) , 检测开关发出信号, 启动电子脉冲计数 器 , 开始记录被检流量计发出的脉冲信号 ; 当检定球 到达第二个检测开关时 ( 基准段出口 ) , 检测开关又 发出信号, 使电子脉冲计数器停止计数, 从而得到流 量计在这段时间的累计脉冲数 N 。因为从流量计 到 标准体积管 , 以及从标准体积管的进口到出口全 部被液体充满, 在这个被液体充满的压力体系内 ( 无 液体的聚集和空隙 ) , 任何截面内通过的流量都是相 等的。所以可将被检流量计计量的原油量与标准体 积管检测开关之间基准段的容积值相比较 , 确定出 被检流量计的计量误差和精度等级, 从而完成对流 量计的检定。通常用于原油计量的多台流量计是并 联安装在同一条进、 出口汇管 上, 与标 准体积管串 联 , 它们之间用阀门隔开, 检定工艺流程见图 1。
基于Labview的气体流量计自动检定系统
! —被校的皮托管流量计； " —被校 的 质 量 流 量 计； # —滞 止 容 器； $ —音速喷嘴； % —电 磁 阀 控 制 的 气 动 球 阀； & —汇 合 容 器； ’ —手 动阀； " ) —温度变送器 ( —控制薄膜阀； ! ) —压力变送器； 图! 气体流量计检定装置结构图
［ $］ （ H !"!） 时表示将对应打开电磁阀 ! = % 。 AB<+： 2*C： DE<F G，
一只收缩喷嘴和一只扩压管 所 组 成 的 功 能。当 ! " ! " 大 于 临 界 压比时， 喷嘴与其 他 亚 音 速 节 流 装 置 一 样， 流量既与上游压力
速喷嘴系统是由 喉 径 分 别 为 "%6 、 "!" 、 "!V 、 "!& 、 "6’ 的 V 种 音 速喷嘴并联组成， 通过电磁阀根 据 流 量 大 小 选 定 不 同 的 喷 嘴 组 合， 可产生 (% 种不同流量。空 压 站 为 滞 止 容 器 提 供 压 缩 空 气，
./012"0%3 4"5%#6"0%17 89:0&2 ;16 <": =51’ >&0&6: ?":&@ 17 !"#$%&’
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气体流量计的使用和校正
第三章 实 验 部 分实验一 气体流量计的使用和校正一、实验目的气体流量计在化工生产和实验操作中都大量使用。
随着近代科学技术的发展，对于过程控制的技术要求愈来愈高，尤其是连续流动系统中的准确计量，已成为生产和实验工作中十分重要的技术问题。
因此，本实验的主要目的是：1. 了解实验室用气体流量计的构造、工作原理和使用方法。
2. 掌握湿式流量计、毛细管流量计及转子流量计的校正方法。
二、实验原理流量计是计量流体流量、流速的重要仪表，它们的准确度直接影响流体的计量问题，因此，在很多情况下需要对流量计进行校正。
对于新购买的流量计，即使在其出厂前标定的条件下使用，在使用前一般要求一次校正。
实验室用流量计校正的方法主要有容积法、称重法和标准流量计法等。
1．容积法容积法适用于测量气体和低粘度液体的流量计的校正。
它是通过测量在单位时间内进入流量计的流体的体积来校正仪表的。
对于液体流量计，通过测量流入或流出流量计的液体的体积V 、液体流入或流出流量计的时间t 以及流体温度T ，通过计算就可以求出校正后的液体的流量q V ，计算式为:tVq V =(3-1-1) 对于气体流量计，让气体通过流量计后进入储气瓶，并将储气瓶中的液体排出，测出进气排液的体积V 、时间t 以及在流量计处和储气瓶处气体的压强、温度、湿度，就可以测出流量计在刻度状态下的实际流量；或者让计量的液体流入储气瓶，将等体积的气体排出使之进入流量计，也可以测出流体的实际流量。
在忽略空气湿度影响的情况下，校正后气体的流量q V 为：101p p T T T p t V q ssV ⋅=(3-1-2) 式中：q V ——实际状况下的气体流量（m 3·s -1）；p 0，T 0——标准状态时气体的绝对压强（Pa ）和温度（K ）；p 1，T 1——标定状态下，流量计处气体的绝对压强（Pa ）和温度（K ）； p s ，T s ——标定状态下，储气瓶处气体的绝对压强（Pa ）和温度（K ）。
蒸汽流量计使用现状及在线校准方法研究
蒸汽流量计使用现状及在线校准方法研究摘要:蒸汽作为重要二次洁净能源被广泛使用，蒸汽流量计作为蒸汽能源计量和贸易结算的重要仪表，需要定期进行校准以确保准确性。
然而，由于生产用汽的连续性，一般不允许中断供汽并拆卸流量计进行送检，导致大多数蒸汽流量计未进行后续检定或校准。
本研究以在线使用中的蒸汽流量计为研究对象，通过搭建一套蒸汽流量计在线校准装置，实时采集蒸汽流量计的在线校准。
这一研究成果可以解决蒸汽流量计无法在线校准的难题，实现DN300以上蒸汽流量计无法溯源的突破，避免了蒸汽流量计实验室检定造成的生产中断、节省了人力物力以及运输成本，提高了校准时间和效率。
关键词：蒸汽流量计；超声流量计；质量流量；在线校准1.引言蒸汽流量计广泛应用于石化、电力、制药、食品等领域。
准确测量蒸汽流量对于工业生产过程的控制和优化具有重要意义。
然而，蒸汽流量计量在实际应用中的溯源存在很大问题。
由于差压式流量计和涡街流量计类型的蒸汽流量计适用于液体、气体介质，在出厂大多以常温常压下水或空气为介质代替蒸汽来进行标定。
由于蒸汽流量计在使用过程中会受到各种因素的影响，如蒸汽温度、压力、含水率等，因此需要定期进行校准以确保测量结果的准确性。
然而，传统的实验室送检需要停机维护，不仅耗时耗力，还会对生产造成一定的影响。
因此，如何实现蒸汽流量计的在线校准成为一个重要的研究方向。
1.蒸汽流量计应用现状蒸汽流量计是蒸汽能源计量和贸易结算的计量仪表，为了确保蒸汽流量计的准确性，必须在一定的时间间隔内对器具进行溯源。
经了解，我省绝大多数的蒸汽流量计都未进行后续检定或校准，由于生产用汽的连续性，一般不允许中断供蒸汽把流量计拆卸出来，这样定期拆卸送检工作就难以完成，无法送到实验室检定，因此探讨研究蒸汽流量计在线校准技术并研发蒸汽流量计的在线校准装置尤为重要，在不必拆卸的情况下，制定出切实可行蒸汽流量计在线校准方法，并对工作状态中的蒸汽流量计进行在线校准，保证量值溯源的准确性，保障蒸汽在工业贸易交接中的公平公正。
气体流量计的校验指导书
实验八气体流量计的校验一、实验目的：1、了解几种常见流量计的结构、工作原理、主要特点以及安装和使用方法。
2、学习流量计的校验方法。
3、掌握测量数据处理方法和A类标准不确定度的计算方法。
二、仪器与设备：常用流量计：标准皮托管，阿牛巴均速管等。
流量计标定平台与设备：电机、风机、管道、计算机、仪表、调节阀、电控柜、数据采集与参数监视柜等。
标准表型号与性能参数：标准皮托管：2只规格：6*250，系数K=1.00，测量范围：2---35m/s被校表型号与性能参数：阿牛巴均速管：2只规格：DN100，系数K=0.79三、实验原理及设备系统：采用示值比较法，流量计标定平台示意图如图1所示。
选用高精度的标准皮托管作为标准流量计，使标准流量计与被校的流量计安装于同一管径的水平直管上，感受相同介质作用。
比较两者的示值，从而确定被校流量计的基本误差。
风机性能实验台的系统示意图如图1所示，是个集风机性能实验、空气流量计标定实验于一体的综合实验平台。
被校验气体流量表标准气体流量表离心式风机轴流式风机图1 实验平台系统图四、 实验工况与步骤：实验工况安排如表1所示。
此时管路出口阀门全开，通过调整电机频率来实现不同流量工况的切换。
共设7个测量工况。
每个工况需调节标准皮托管4次位置（位置设定标准参看风机性能实验指导书）。
每位置测数据5组。
1、实验前的检查与准备：参看风机性能实验指导书。
2、实验操作步骤：① 启动配电柜总电源，仪表及设备上电。
启动控制电脑。
② 启动设备控制和测量软件。
按软件提示，在学生实验栏下依次填写实验序号、学生姓名等，并按指导教师提示，设置采样时间、采样数目、工况数目、电机频率、阀门开度等信息。
③ 点击实验开始钮，等待工况稳定。
④ 开始实验后，实验过程将由电脑全自动控制完成，同学只需密切观察，并根据软件进程提示完成相应操作即可。
⑤ 保存并导出实验数据，请指导教师初步审核数据。
⑥ 全部设定工况结束后，点击实验结束钮，本组实验结束。
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气体流量计在线检定系统的设计与应用
摘要：基于气体流量计离线送检成本较高以及超声波流量计高精确度、高稳定
性的特点，根据时差法超声波流量计的工作原理，设计出一套可对气体流量计进
行在线检定的标准装置。
现场实验证明；系统可实现标准超声波流量计和被检流
量计的流量数据采集，显示以及数据处理，并通过实验分析了影响检测精确度的
各种因素，为气体流量计的计量检定和量值溯源提供了有效保障。
关键词：气体流量计；超声波；在线检定；精确度
1 时差法超声波流量计测量原理
超声波流量计按其工作原理主要可分为时差式、相差式、频差式、多普勒超声波流量计等。
时差法测量超声波原理是通过发射超声波换能器以与气体流动方向成锐角发射超声波信号，由接收超声波换能器接收超声波信号，通过测量超声波在管道气体中的顺流和逆流的传
播时间差计算气体的流速，进一步推导出气体的流量。
超声波流量计尤其适用于大管径或者
不易接触等特殊场合，是非接触测量的一种。
2 系统构成及检定过程
2．1 系统构成
气体流量计在线检定系统采用双声道超声换能器夹在特殊材质的管道上，将被检流量计
和标准流量计串联起来，通过采集被检流量计和标准流量计的流量信息，存储相对应的瞬时
流量最终通过对比，计算出二者误差，整套实验装置的示意图，如图1 所示。
在上位机中控制标准表的检定时间，将被检流量计某一时间的流量信号保存在下位机中，当一个流量点检定完成后，由上位机根据检定的起止时间通过 lntem et网络查询被检表的流量，从而完成精确测量。
由于外夹式流量计无法精确测量管道截面积以及插入式流量计必须
使超声波接触介质，不能在线测量等缺点，该系统采用西门子改造的一种带换能器探头的标
准管段，可以实现探头和换能器的分离。
2.2 检定过程
(1)管道材质及表面处理。
根据标准流量计上可供选择的材质类型，选择与所用管道相同
或者相近的材质类型，并利用砂布对标准管道表面进行打磨处理。
然后在测量好的管道上粘
贴CC129膜，以便使换能器更顺利地采集超声波信号。
(2)安装超声换能器。
双通道超声波流量计共4个换能器，安装的时候需注意两对换能器
的对应，一对全为A，另外一对为B。
另外与流量计和换能器相连的4 条电缆线，同样将一
对换能器与一个通道相连的电缆对应，并根据管道中气体的流动方向分清电缆上所对应的uP
和DOWN，在换能器与管道接触表面均匀涂上耦合剂，安装时以全面耦合为最佳，避免换能
器与管道之间缝隙的存在，影响超声波信号的测量。
(3)换能器信号检测。
在超声波流量计上
输入管道参数和管道中的气体参数建立检定现场，流量计将根据输入的参数，给定换能器的
安装距离。
换能器安装完之后流量计将进行自检过程，若安装正确，流量计屏幕上会出现一
个对话框显示当时的信号强度和管道内的声速。
3 硬件设计
3.1 信号调理模块
由标准流量计和被检流量计采集的信号是4—20m A的电流信号，由于输出的模拟信号且比较微弱，因此需进行放大、滤波和调幅等处理。
由于此装置用来完成计量检定，因此对精
确度要求较高，选择AD8250作为放大芯片，该程控放大器具有低的输出噪声及低失真性等
特点，可保证输出信号的稳定性。
A／D转换芯片选择AD7321，它是一个双通道、12位带符
号位的逐次逼近型 A／D转换器，该转换器有高速串行接口，最高吞吐量可达500K SPS，具
有精度高，转换速度快且功耗低等优点。
3.2 人机接口电路
人机接口电路的设计目标是为了给工作人员提供友好的工作平台，协助完成计量检定工作，使气体流量计的检定流程可以集检测、数据处理、生成检定结果报告和检定记录于一体，
并最终打印检定结果证书。
该系统通过USB采集芯片来实现信号的采集，通过软件编程完成
可视化操作界面，实现人与计算机以及外部更多辅助设备的信息交换。
4 软件设计
该设计采用面相对象的思想，用户界面采VB程序设计开发，检定数据采用M icrosoft Access数据库进行管理。
数据传输部分通过使用动态链接库和初始化函数来实现A／D数据
采集。
检定开始时，将换能器等信息采集装置安装到待测管道上，待传感器等测量电路连接
完备，进入到主程序界面，每隔一段时间采集流量信息，同时在检定界面上显示，并且将流
量数据保存数据库中。
将标准表与被检表的瞬时流量和累积流量分别对比，得到误差和不确
定度。
软件工作流程为；系统上电后，首先对采集模块进行初始化，初始化主要完成设定采
集信号时间间隔、检定点数等准备工作，设置好A／D转换频率之后，启动A／D转换，当转换结束后，读取采集到的数据，存储到缓存区域，然后对采集到的相应流量点的数据，通过
相关公式进行计算，转换为被检仪表的时流量和累计流量，并将有关数据结果存储起来。
可
视化操作界面可根据流量计的种类选择不同的检定方式，如A／D 转换、脉冲方式和视频采
集方式等，检定完成后将结果通过数据库存储起来，以便查询历史记录。
5 系统的应用及影响测量精确度因素分析
5.1 系统的应用
气体流量计检定系统与传统检定装置相比，体积小，易于携带，适用于现场检测。
实验
前需对现场检定所采用的外夹式1010GCN超声波流量计进行实验室检定，精度符合相关计量检定标准方可作为现场标准检定计量器具。
将外夹式标准超声波流量计的传感器安装于被检
管段式流量计前端管道上，排除温度、压力、气体参数等因素的影响，表1为用1010GCN超声波流量计作为现场标准流量计进行在线测量的数据。
实验通过4 次测量，得到被检流量计
和标准超声波流量3m in内的累积流量。
设被检表流量记为Q，在线检定系统所用标准超声
波流量计流量为Q，计算公式为：
现场试验数据证明，受现场温度等环境因素影响，被检流量计虽然与实验室检定结果有
一定的差异，但其工作稳定，误差均在检定规程允许的范围之内。
所用标准超声波流量计虽
有波动，但完全可以作为现场检定流量计的计量器具。
5.2 影响测量精确度因素分析
(1)现场检定环境跟实验室相比，现场检定时信号传播衰减幅度大、检波不稳定、信号干
扰严重及流场影响等问题，需要采取一定的措施尽量减少外界环境因素带来的影响。
(2)通过
实验，找出一种能替代金属管道作为安装换能器的管道，成为该系统需要解决的另外一个问题。
(3)换能器安装方式的影响。
针对现场检定低压环境下，不同管道材质对换能器安装方式
有一定影响。
流量积算仪的推荐安装方式为V型，对于流态分布紊乱使应用条件变差的流体，反射式安装可提供补偿。
直射式(z)型安装可以获得较强的换能器信号，由于系统采用塑料管道，管道材料对声速的衰减较大，采用z型安装效果更好。
(4)换能器安装距离的影响。
探头
的安装距离必须保证准确。
在检定中为了保证最佳信号强度，需要根据标准流量计上提供的
换能器最佳距离，平行移动2个探头，在保证探头的安装距离符合要求的前提下寻找最佳安
装点，并通过实际测量确保探头的安装距离准确无误。
6 软件设计
传感器节点负责数据采集和上传任务，节点在正常状态和休眠状态间进行切换，其中工
作时间和休眠周期由网关节点控制并实现同步，软件设计考虑协议栈和应用程序的实现，并
采用低功耗工作模式。
采集和整个软件系统分为初始化、入网、命令处理、数据采集等部分。
传感器节点的软件设计采用模块化程序设计，包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。
主程序首先完成初始化工作，初始化包括配置时钟，配置单片机ADC12的寄存器，SD存储FAT16文件系统的初始化，配置无线通信模块等。
7 结论
随着国内事业的飞速发展，在线校准检定是未来发展的重要趋势，特别是运用方便小巧
的检定装置。
多次试验表明，可以总结出提高检定装置准确性的方法，能够使得在线检定准
确度达到预期的技术指标，并且越来越广泛化。
参考文献：
[1]林孝工，刘月棠，王宏建．多维置信距离方法的研究。
自动化技术与应用，1997，16(3)：33—35．
[2]张晓东，施云．基于Bayes信息融合的几何产品测量不确定度评定方法．中国仪器仪表，2010(3)：67—70．。