液體容積式流量計(jì)常常會(huì)因?yàn)楸粶y(cè)介質(zhì)溫度變化而產(chǎn)生計(jì)量示值附加誤差。根據(jù)我國《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》要求,測(cè)量所使用溫度計(jì)的***大允許誤差對(duì)檢定結(jié)果所造成的影響不能超過流量計(jì)***大允許誤差值的1/10。因此在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接檢定讀取溫度時(shí),就必須在將溫度帶入計(jì)算公式過程中考慮這一誤差,并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟刃拚?降低其對(duì)檢定結(jié)果所帶來的度影響,以此為工作的準(zhǔn)確性提供合理保障。

液體容積式流量計(jì)主要運(yùn)用到了機(jī)械測(cè)量元件,它將流體持續(xù)分隔成為單位體積并實(shí)施累加計(jì)量,***后計(jì)算出總體積并獲取流體計(jì)量結(jié)果。在工業(yè)應(yīng)用過程中,容積式流量計(jì)需要實(shí)現(xiàn)在管道中的持續(xù)流體體積測(cè)量,它的基本工作流程如下:首先讓流體持續(xù)注入并充滿計(jì)量空間,其次再將這些流體送到出口流位置進(jìn)行測(cè)量。隨著流體不斷累加進(jìn)入計(jì)量空間并反復(fù)充滿,將流體總體積與計(jì)量空間體積相乘,就可以得出流體通過容積式流量計(jì)的流量總量。

一般情況下液體容積式流量計(jì)都會(huì)采用固定標(biāo)準(zhǔn)的小容積計(jì)量空間來計(jì)量所通過管道的流體體積。而所流經(jīng)的計(jì)量空間主要由流量計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)部件與儀表殼內(nèi)壁所共同組成,這樣的構(gòu)造與工作原理就形成了液體容積式流量計(jì)的4大特征,即計(jì)量度高、適用于高粘度液體測(cè)量、測(cè)量范圍度寬以及安裝管道條件不會(huì)影響計(jì)量精度[1]。

按照《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》規(guī)定,液體容積式流量計(jì)的流量計(jì)精度要達(dá)到0.2甚至更別。這主要是迎合了它依靠計(jì)量基本單位容積個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)累計(jì)流體流量的計(jì)算,它的計(jì)算公式為:Q=∑dq

在該算式中,Q就代表了通過計(jì)量空間的流體總量,而代表計(jì)量空間的基本單位容積。在流體不斷進(jìn)入計(jì)量空間時(shí),受到外界溫度變化影響,計(jì)量空間的轉(zhuǎn)動(dòng)部件與儀表殼會(huì)發(fā)生體積變化,它也直接會(huì)導(dǎo)致dq容積發(fā)生一定變化,如下式:dq=f(Δt)

因?yàn)橐后w容積式流量計(jì)在出廠時(shí)都有被標(biāo)定調(diào)整的固定儀表系數(shù),所以一旦dq發(fā)生變化,就會(huì)使得其后的流體流量總量測(cè)量受到影響,極有可能產(chǎn)生附加誤差,使液體容積式流量計(jì)的***終檢測(cè)結(jié)果缺乏高精度。

再進(jìn)一步針對(duì)液體容積式流量計(jì)的測(cè)量對(duì)象液體來說,液體顯然會(huì)存在熱脹冷縮現(xiàn)象,因?yàn)樗拿芏染褪菧囟鹊暮瘮?shù)。當(dāng)液體密度發(fā)生變化時(shí),就有:

在該算式中,假設(shè)d20為在20℃下測(cè)量液體的密度(kg/m3),dt表示在t℃中測(cè)量液體的密度(kg/m3),Uk表示所測(cè)量液體的膨脹系數(shù)。因?yàn)橐后w容積式流量計(jì)所計(jì)算的是液體體積,如果液體發(fā)生溫度變化,它的體積也會(huì)隨之變化,但流量計(jì)所指示的僅為在該溫度(20℃)下液體的體積量。當(dāng)溫度發(fā)生較大變化以后,如果不能將固定指示溫度值改為特定指示溫度值,也會(huì)為測(cè)量結(jié)果帶來極大的檢測(cè)附加誤差。因此,必須為液體容積式流量計(jì)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,明確溫度影響所帶來的影響效果[2]。

在液體容積式流量計(jì)中的體積管檢定過程中,首先要將被檢定流量與標(biāo)準(zhǔn)體積管串聯(lián)起來,當(dāng)液體流體全部通過流量計(jì)體積管時(shí),啟動(dòng)體積管內(nèi)置換器,讓其隨流體流動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)而觸發(fā)流量計(jì)中檢測(cè)開關(guān),發(fā)出測(cè)量信號(hào),以脈沖數(shù)的形式記錄在流體經(jīng)過管道期間的流量總量。經(jīng)過脈沖數(shù)換算,就可以初步檢定流體流經(jīng)管道過程中流量計(jì)的具體流體體積,同時(shí)將此流量體積與管內(nèi)溫度及壓力值進(jìn)行容積值對(duì)比,就可以得到被檢測(cè)液體容積式流量計(jì)的具體示值誤差,并圍繞此誤差來構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,具體計(jì)算液體容積式流量計(jì)的體積管處流體實(shí)際體積,其計(jì)算公式如下

在上述計(jì)算公式中,V代表液體容積式流量計(jì)體積管中液體的實(shí)際體積(L),Vs代表體積管標(biāo)準(zhǔn)體積(L),ps代表體積管內(nèi)流體的表面壓力平均值(Pa),D代表體積管的實(shí)際內(nèi)徑(mm),e代表體積管壁實(shí)際厚度(mm),Es代流量計(jì)體積管的具體彈性模量(Pa),βs代表體積管的實(shí)際膨脹系數(shù)(℃-1),ts代表體積管內(nèi)流體的平均溫度(℃)?；谝陨现笜?biāo)為體積管修正體積,計(jì)算流體體積通過流量計(jì)中所累積的實(shí)際流量值,給出以下計(jì)算公式:

在上式中,Qs代表被檢測(cè)流量計(jì)中流體的實(shí)際值(L)(VCF20)s和(VCF20)m分別代表體積管和流量計(jì)內(nèi)20℃溫度環(huán)境下流體的體積修正系數(shù),κ是流體的壓縮系數(shù)(Pa-1),而pm代表流量計(jì)中液體表的平均壓力值(Pa)。根據(jù)上述指標(biāo)再進(jìn)行液體容積式流量計(jì)的示值誤差計(jì)算,Em為:

按照上文3個(gè)計(jì)算公式進(jìn)行推斷,隨著外界溫度的不斷變化,就會(huì)引起液體容積式流量中流體體積修正系數(shù)的變化?？紤]到流體體積系數(shù)計(jì)算相對(duì)復(fù)雜,難以確定,所以一般情況下難于對(duì)其進(jìn)行固定的定量分析。如果在溫度計(jì)讀數(shù)時(shí)不能進(jìn)行合理修正,它就會(huì)直接影響到液體容積式流量計(jì)在隨后的流體體積總量計(jì)算,將附加誤差快速傳遞到流量計(jì)的一系列計(jì)算中,它所導(dǎo)致的后果必然會(huì)對(duì)檢定工作帶來巨大影響[3]。

現(xiàn)如今,關(guān)于液體容積式流量計(jì)的使用已經(jīng)相當(dāng)廣泛,對(duì)它的現(xiàn)場(chǎng)檢定工作要利用溫度計(jì)來完成。對(duì)溫度計(jì)的要求就是要保證它的基本分度值達(dá)到0.1~0.2℃,且測(cè)量值要保證在0~70℃。以石油化工企業(yè)為例,在測(cè)量070℃的普通石油焦化產(chǎn)品時(shí)一般選擇玻璃液體溫度計(jì),同時(shí)遵循《工作用玻璃液體溫度計(jì)》中相關(guān)規(guī)范,確保溫度測(cè)量讀取的***大溫度計(jì)允許誤差不能超過±0.15℃。因此如果完全不考慮溫度計(jì)讀數(shù)修正問題,單體溫度計(jì)的***大引入誤差就應(yīng)該為±0.15℃范圍。在利用體積管檢定液體容積式流量時(shí)還需要進(jìn)行流量計(jì)處讀取、體積管進(jìn)出口溫度測(cè)量,這些測(cè)量工作可能為流量計(jì)與體積管之間帶來較大溫差(0.4℃以上)。但如果按照《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》就可以明確在每一次檢定過程中都要嚴(yán)格規(guī)范檢定介質(zhì)溫度變化,確保其檢定介質(zhì)溫度變化范圍不能超過0.5℃。因此上述的流量計(jì)與體積管溫差在0.4℃時(shí),也是能夠滿足檢定標(biāo)準(zhǔn)的。

對(duì)石油化工企業(yè)而言,如果它的實(shí)際輸油溫度為24℃。那么它的液體容積式流量計(jì)、體積管管壁包括體積管進(jìn)出口出實(shí)際溫度都應(yīng)該控制統(tǒng)一保持在24℃。當(dāng)溫度計(jì)讀數(shù)沒有被修正時(shí),液體容積式流量計(jì)與體積管就很有可能出現(xiàn)涉及溫度計(jì)讀數(shù)的若干狀況,如表1。

表1中所用體積管其標(biāo)準(zhǔn)容積為4048L,體積管溫度是進(jìn)口與出口溫度之間的平均值,流量計(jì)壓力在0.300MPa,體積管的實(shí)際壓力為0.270MPa。根據(jù)此表1可以見得如果不對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)作出任何修正,當(dāng)溫度超出標(biāo)準(zhǔn)固定范圍就會(huì)導(dǎo)致液體容積式流量計(jì)本身出現(xiàn)示值誤差,進(jìn)而產(chǎn)生度偏移。舉例來說,如果液體容積式流量計(jì)所讀取溫度比實(shí)際外界溫度更高,那么該流量計(jì)的示值誤差就一定朝負(fù)方向發(fā)生大量偏移,如此一來流量計(jì)所顯示誤差就會(huì)比實(shí)際誤差要更小。也就是說,液體容積式流量計(jì)與體積管處會(huì)隨著溫差的增大而導(dǎo)致示值誤差向負(fù)方向偏移越大。但當(dāng)在體積管處讀取到其平均溫度值高于外界實(shí)際溫度時(shí),液體容積式流量計(jì)的誤差便宜就會(huì)降低,具體偏差百分比為:

如果體積管處所讀取到的平均溫度值小于外界實(shí)際溫度值,則液體容積式流量計(jì)的實(shí)際示值誤差就會(huì)出現(xiàn)較大偏移,***大示值誤差可以達(dá)到0.0960。在這里假設(shè)液體容積式流量計(jì)的準(zhǔn)確度為0.3級(jí),通過溫度計(jì)讀數(shù)修正引入誤差,如果所引入誤差超出檢定規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求,就有必要對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行相應(yīng)修正,這一點(diǎn)不能在現(xiàn)場(chǎng)檢定過程中有所忽略。再舉例來說,某石油企業(yè)輸油站每年原油輸油量在2000萬m3以上,如果在輸油過程中未對(duì)輸油管道體積管進(jìn)行溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正,就有可能導(dǎo)致收油一方每年損失至少100m3的原油量,而***大時(shí)可以達(dá)到9600m3,可見溫度計(jì)讀數(shù)修正對(duì)液體容積式流量計(jì)的檢定結(jié)果影響之大。因此,在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行液體容積式流量計(jì)檢定過程中,應(yīng)該盡可能對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行合理修正,降低它對(duì)于流量計(jì)示值誤差的度影響。如果溫度計(jì)讀數(shù)修正值偏大,就可以依據(jù)溫度計(jì)檢定證書中所規(guī)定的溫度值進(jìn)行修正,如果溫度計(jì)讀數(shù)修正值偏小,則要選定一個(gè)修正值,然后根據(jù)該選定值,確定流體流動(dòng)方向,再試圖降低溫度,確保交接計(jì)量的高精度[4]。

本文探討了基于液體容積式流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)檢定過程,主要圍繞溫度計(jì)讀數(shù)修正值來確認(rèn)其對(duì)檢定過程的影響,盡可能降低流量計(jì)對(duì)流體體積總量計(jì)算的誤差,進(jìn)而提高檢定結(jié)果度,并保證液體容積式流量計(jì)的計(jì)量性準(zhǔn)確可靠。