依據(jù)JJG1003-2016《流量積算儀檢定規(guī)程》，從裝置類(lèi)型、介質(zhì)類(lèi)型、參數(shù)設(shè)置和輸出參數(shù)幾個(gè)方面詳細(xì)闡述流量積算儀針對(duì)不同流量計(jì)和流體介質(zhì)的計(jì)算過(guò)程，針對(duì)上述應(yīng)用開(kāi)發(fā)出流量積算儀校準(zhǔn)上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)流量積算儀標(biāo)準(zhǔn)輸出值的計(jì)算，解決工況現(xiàn)場(chǎng)流量積算儀計(jì)算過(guò)程涉及參數(shù)龐雜易出錯(cuò)且不易校驗(yàn)的問(wèn)題，提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率和操作準(zhǔn)確度，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。
1、裝置類(lèi)型
流量計(jì)的裝置類(lèi)型包括：差壓流量計(jì)，脈沖輸出流量計(jì)和模擬輸出流量計(jì)。
1.1 差壓流量計(jì)
差壓流量計(jì)類(lèi)型包括：標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)文丘里管、V錐和通用差壓流量計(jì)。其中標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)包括：角接取壓孔板、法蘭取壓孔板和D/2取壓孔板；標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)包括：1932噴嘴、長(zhǎng)頸噴嘴和文丘里噴嘴；標(biāo)準(zhǔn)文丘里管流量計(jì)包括：鑄造文丘里，機(jī)械加工文丘里和粗焊鐵板文丘里。上述差壓流量計(jì)中除了通用差壓流量計(jì)之外，都需要輸入管道材質(zhì)、管道自定義熱膨脹系數(shù)(1E-6mm/mm℃)、20℃管道口徑(mm)、節(jié)流件材質(zhì)、節(jié)流件自定義熱膨脹系數(shù)(1E-6mm/mm℃)和20℃節(jié)流件尺寸(mm)。熱膨脹系數(shù)的材質(zhì)類(lèi)型包括：20鋼(11.16)、10鋼(11.60)、A3F，B3鋼(11.50)、A15鋼，A3鋼(11.75)、自定義(填寫(xiě)數(shù)值)、灰口鑄鐵(10.50)、12CrMo(11.20)、12Cr3MoVSiTi B(10.31)、黃銅(17.80)、紅銅(17.20)、工業(yè)用銅(16.00)、碳鋼(10.60)、1Cr18Ni9Ti(16.60)、X20CrMoWV121(10.80)、Cr6SiMo(11.50)、10CrMo910(12.50)、12Cr1MoV(9.8)、1Cr17(10.0)、1Cr13,2Cr13(10.50)、45鋼(11.59)。如果已知管道和節(jié)流件材質(zhì)可以直接根據(jù)所選類(lèi)型進(jìn)行熱膨脹系數(shù)計(jì)算，否則需要自定義輸入熱膨脹系數(shù)值。
通用差壓流量計(jì)不同于上述設(shè)置，只需要輸入通用差壓＿設(shè)計(jì)上限流量(t/h)和通用差壓＿設(shè)計(jì)密度(kg/m3)兩個(gè)參數(shù)。
1.2 脈沖輸出流量計(jì)
脈沖信號(hào)類(lèi)型包括工況頻率輸出型和當(dāng)量頻率輸出型，其中工況頻率輸出型＿k系數(shù)單位包括1/m3和1/L；當(dāng)量頻率輸出型＿k系數(shù)單位包括m3、km3、L、kg、t、Nm3和Nkm3。如果選擇脈沖輸出型，則需要輸入脈沖輸出流量計(jì)儀表系數(shù)K參數(shù)；如果選擇當(dāng)量脈沖輸出型，則需要輸入當(dāng)量脈沖-質(zhì)量設(shè)計(jì)密度(kg/m3)、當(dāng)量脈沖-設(shè)計(jì)溫度(℃)和當(dāng)量脈沖-設(shè)計(jì)表壓(MPa)。
1.3 模擬輸出流量計(jì)
模擬輸出-流量信號(hào)類(lèi)型包括4-20mA電流信號(hào)、1-5V電壓信號(hào)等，目前應(yīng)用最為廣泛的還是4-20mA電流信號(hào)，模擬輸出-流量單位包括m3/h、km3/h、L/min、Nm3/h、Nkm3/h、kg/h和t/h。然后依次輸入標(biāo)況體積流量＿設(shè)計(jì)溫度(℃)、標(biāo)況體積流量＿設(shè)計(jì)表壓(MPa)、質(zhì)量流量＿設(shè)計(jì)密度(kg/m3)、流量信號(hào)上限、流量信號(hào)下限和流量故障代用值。
2、介質(zhì)類(lèi)型
介質(zhì)補(bǔ)償類(lèi)型包括：氣體無(wú)補(bǔ)償、液體無(wú)補(bǔ)償、氣體溫壓補(bǔ)償、天然氣和水和水蒸汽。
2.1 氣體無(wú)補(bǔ)償
當(dāng)計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)的工況參數(shù)變化不大，氣體介質(zhì)可以不進(jìn)行溫壓補(bǔ)償換算，只需要輸入氣體無(wú)補(bǔ)償＿工況密度(kg/m3)，氣體無(wú)補(bǔ)償＿可膨脹系數(shù)和氣體無(wú)補(bǔ)償＿介質(zhì)粘度(mpa.S)值。
2.2 液體無(wú)補(bǔ)償
如果計(jì)量介質(zhì)為液體，其可膨脹系數(shù)幾乎沒(méi)有變化(=1)，則只需要輸入液體無(wú)補(bǔ)償＿工況密度(kg/m3)和液體無(wú)補(bǔ)償＿介質(zhì)粘度(mpa.S)值。
2.3 氣體溫壓補(bǔ)償
氣體溫壓補(bǔ)償是最常用的補(bǔ)償方式，氣體介質(zhì)分為已知?dú)怏w和自定義氣體兩種。已知?dú)怏w而言，氣體溫壓補(bǔ)償＿氣體名稱(chēng)有空氣Air、氮?dú)釴2、氧氣O2、氦氣He、氫氣H2、氬氣Ar、一氧化碳CO、二氧化碳CO2、硫化氫H2S、氨氣NH3、甲烷CH4、乙烷C2H6、丙烷C3H8、丁烷C4H10、乙烯C2H4、乙炔C2H2、丙烯C3H6、丁烯C4H8和自定義。同時(shí)針對(duì)已知?dú)怏w需要輸入氣體溫壓補(bǔ)償＿濕度值(%)、氣體溫壓補(bǔ)償＿標(biāo)況溫度(℃)、已知?dú)怏w＿可膨脹系數(shù)eps補(bǔ)償方式和已知?dú)怏w＿設(shè)定eps＿可膨脹系數(shù)。對(duì)于自定義氣體而言，需要輸入自定義氣體＿標(biāo)況密度(kg/m3)、自定義氣體＿壓縮系數(shù)z補(bǔ)償方式包括自動(dòng)計(jì)算壓縮系數(shù)和輸入固定壓縮系數(shù)兩種方式，選擇自動(dòng)計(jì)算壓縮系數(shù)時(shí)，需要輸入自定義氣體＿自動(dòng)z＿臨界溫度Tc(K)和自定義氣體＿自動(dòng)z＿臨界壓力Pc(MPa)，對(duì)于選擇輸入固定壓縮系數(shù)時(shí)，需要輸入自定義氣體＿設(shè)定z＿壓縮系數(shù)。自定義氣體＿可膨脹系數(shù)eps補(bǔ)償方式包括自動(dòng)計(jì)算可膨脹系數(shù)和輸入固定可膨脹系數(shù)兩種方式，選擇自動(dòng)計(jì)算可膨脹系數(shù)時(shí)，需要輸入自定義氣體＿自動(dòng)eps＿等熵指數(shù)和自定義氣體＿設(shè)定eps＿可膨脹系數(shù)值；而當(dāng)選擇輸入固定可膨脹系數(shù)時(shí)，需要輸入自定義氣體＿設(shè)定eps＿可膨脹系數(shù)。
2.4 天然氣
天然氣的計(jì)量主要有3種算法，AGA92DC、SGERG88和NX-19。AGA92DC算法計(jì)算壓縮因子的計(jì)算量較大，多用于流計(jì)算機(jī)和在線氣體組分分析儀的綜合應(yīng)用。SGERGG88算法計(jì)算量較小，同時(shí)也滿(mǎn)足常規(guī)的計(jì)量精度要求。輸入SGERG88算法的參數(shù)：CO2摩爾分?jǐn)?shù)、H2摩爾分?jǐn)?shù)、高位發(fā)熱量(MJ/m3)和相對(duì)密度。此外，還需要輸入天然氣溫壓補(bǔ)償＿標(biāo)況溫度(℃)。同氣體溫壓補(bǔ)償一樣，可膨脹系數(shù)補(bǔ)償方式包括自動(dòng)計(jì)算可膨脹系數(shù)和輸入固定可膨脹系數(shù)兩種方式，如果選擇自動(dòng)計(jì)算可膨脹系數(shù)方式，在計(jì)量流量的過(guò)程中會(huì)自動(dòng)計(jì)算可膨脹系數(shù)值，如果選擇輸入固定可膨脹系數(shù)方式，需要輸入設(shè)定可膨脹系數(shù)值。天然氣流量的計(jì)算需使用的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下物性參數(shù)包括，密度(ρs)、高位體積發(fā)熱量(H?s)及高位體積發(fā)熱量(H?s)，應(yīng)按GB/T11062規(guī)定的方法計(jì)算。天然氣流量計(jì)計(jì)算需使用的操作條件下物性參數(shù)包括：密度ρ、壓縮因子Z、粘度μ、等熵指數(shù)k，應(yīng)按GB/T21446-2008規(guī)定的方法計(jì)算。
2.5 水和水蒸汽
水和水蒸汽的算法主要依據(jù)水和水蒸氣國(guó)際協(xié)會(huì)熱力學(xué)性質(zhì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IAPWS-IFC 1997公式，只需要輸入溫度和壓力值就能計(jì)算出實(shí)時(shí)水和水蒸汽的物性參數(shù)值。水和水蒸汽的介質(zhì)往往涉及到熱量計(jì)量，應(yīng)用焓值乘以瞬時(shí)流量值就可以得到介質(zhì)產(chǎn)生的瞬時(shí)熱量值，具體可以通過(guò)熱量功能來(lái)關(guān)閉或者開(kāi)啟熱量計(jì)量功能。
3、流量積算儀校準(zhǔn)軟件參數(shù)設(shè)置
3.1 流量積算儀校準(zhǔn)軟件的串口設(shè)置
通信模式包括RS485和RS232，目前流量?jī)x表的總線應(yīng)用較多，多通過(guò)通信位號(hào)設(shè)置設(shè)備的485從機(jī)地址。通信協(xié)議默認(rèn)是MODBUS RTU，因?yàn)镽TU較ASCII的效率更高。波特率，校驗(yàn)位和停止位常用的配置參數(shù)為9600-8-n-1，對(duì)于某些低速光耦隔離的應(yīng)用，還需將波特率調(diào)整為2400或者更低，以保證傳輸?shù)目煽啃浴?/span>
3.2 流量積算儀校準(zhǔn)軟件的差壓采集
差壓開(kāi)方方式有0-本機(jī)開(kāi)方；1-差變開(kāi)方，差壓信號(hào)類(lèi)型包括4-20mA(默認(rèn))、1-5V兩種模擬輸出。差壓?jiǎn)挝挥蠵a、kPa(默認(rèn))和MPa幾種。差壓信號(hào)上限和差壓信號(hào)下限是分別設(shè)置20mA和4mA對(duì)應(yīng)的差壓限值，當(dāng)差壓傳感器的數(shù)值超過(guò)量程，后端的應(yīng)用即采用差壓故障代用值參與計(jì)算并告警輸出。
3.3 流量積算儀校準(zhǔn)軟件的壓力采集
壓力類(lèi)型包括表壓和絕壓兩種，常規(guī)的壓力傳感器輸出值為表壓值，但有些一體化多參量傳感器為絕壓值，此時(shí)就不用人工輸入當(dāng)?shù)卮髿鈮褐颠M(jìn)行表壓至絕壓的換算。壓力單位有kPa、MPa(默認(rèn))和bar三種，壓力信號(hào)類(lèi)型包括4-20mA(默認(rèn))、設(shè)定表壓兩種，因?yàn)橛行﹫?chǎng)合對(duì)于介質(zhì)的補(bǔ)償用設(shè)定表壓的固定壓力值即可。壓力上限和壓力下限分別設(shè)置20mA和4mA對(duì)應(yīng)的壓力限值，當(dāng)壓力傳感器的數(shù)值超過(guò)量程，后端的應(yīng)用即采用壓力故障代用值參與計(jì)算并告警輸出。
3.4 流量積算儀校準(zhǔn)軟件的溫度采集
溫度信號(hào)類(lèi)型有Pt100、Pt1000、4-20mA和設(shè)定溫度幾種，如果輸入類(lèi)型選擇設(shè)定溫度，則應(yīng)用設(shè)定溫度(℃)值參與后續(xù)計(jì)算，溫度上限(℃)和溫度下限(℃)是針對(duì)4-20mA溫度量程限值，當(dāng)溫度傳感器的數(shù)值超過(guò)量程，后端的應(yīng)用即采用溫度故障代用值(℃)參與計(jì)算并告警輸出。
3.5 流量積算儀校準(zhǔn)軟件的零點(diǎn)和線性修正
流量積算儀校準(zhǔn)軟件輸入通道零點(diǎn)修正功能默認(rèn)是關(guān)閉的，一旦開(kāi)啟此功能，流量零點(diǎn)修正值、溫度零點(diǎn)修正值和壓力零點(diǎn)修正值是應(yīng)用兩點(diǎn)修正進(jìn)行處理，認(rèn)為傳感器為線性輸出，通過(guò)K值和B值進(jìn)行修正處理Y=KX+B，默認(rèn)情況下K值為1.000，B值為0.000。而對(duì)于瞬時(shí)流量數(shù)值，流量計(jì)自身存在非線性誤差，需要應(yīng)用分段線性化處理，如分為11點(diǎn)修正，則開(kāi)啟(工況體積流量)線性修正功能，依次填寫(xiě)流量點(diǎn)(m3/h)和對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)值。
3.6 流量積算儀校準(zhǔn)軟件的流量切除
工況現(xiàn)場(chǎng)的流量計(jì)量受現(xiàn)場(chǎng)干擾的影響很大，流量信號(hào)切除(%)和流量信號(hào)切除(Hz)用于用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行小信號(hào)切除，由于不同單位對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)流量值不同，為了簡(jiǎn)化操作以%的形式進(jìn)行處理。針對(duì)頻率輸入的流量計(jì)則直接設(shè)置頻率Hz下限值進(jìn)行小流量切除處理。
4、流量積算儀校準(zhǔn)軟件的輸出參數(shù)
工況溫度(℃)、工況溫度(K)、工況表壓(kPa)、差壓(kPa)、管徑(mm)、節(jié)流件(mm)、Beta值、流出系數(shù)、雷諾數(shù)、可膨脹系數(shù)、粘度(m.Pas)、等熵指數(shù)、工況壓縮系數(shù)、工況密度(kg/m3)、標(biāo)況壓縮系數(shù)、標(biāo)況密度(kg/m3)、熱焓值(kJ/kg)、水和水蒸汽IF97分區(qū)、質(zhì)量流量(t/h)、工況體積流量(m3/h)、標(biāo)況體積流量(Nm3/h)、累積質(zhì)量流量(t)、累積工況體積流量(m3)、累積標(biāo)況體積流量(Nm3)和水和水蒸汽熱量(kJ/h)。
5、結(jié)論
依據(jù)JJG1003-2016《流量積算儀檢定規(guī)程》，從開(kāi)發(fā)出了流量積算儀校準(zhǔn)軟件，實(shí)現(xiàn)了流量積算儀標(biāo)準(zhǔn)輸出值的計(jì)算，解決了工況現(xiàn)場(chǎng)流量積算儀計(jì)算過(guò)程涉及參數(shù)龐雜易出錯(cuò)且不易校驗(yàn)的問(wèn)題，提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率和操作準(zhǔn)確度，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。
作者：臧振勝
