流量積算儀校準軟件的研究實現(xiàn)

依據(jù)JJG1003-2016《流量積算儀檢定規(guī)程》，上海上儀四廠從裝置類型、介質(zhì)類型、參數(shù)設(shè)置和輸出參數(shù)幾個方面詳細闡述流量積算儀針對不同流量計和流體介質(zhì)的計算過程，針對上述應(yīng)用開發(fā)出流量積算儀校準上位機軟件，實現(xiàn)流量積算儀標準輸出值的計算，解決工況現(xiàn)場流量積算儀計算過程涉及參數(shù)龐雜易出錯且不易校驗的問題，提高現(xiàn)場工作效率和操作準確度，達到了預(yù)期的設(shè)計效果。

1 裝置類型

流量計的裝置類型包括：差壓流量計，脈沖輸出流量計和模擬輸出流量計。

1.1 差壓流量計

差壓流量計類型包括：標準孔板、標準噴嘴、標準文丘里管、V錐和通用差壓流量計。其中標準孔板流量計包括：角接取壓孔板、法蘭取壓孔板和D/2取壓孔板；標準噴嘴流量計包括：1932噴嘴、長頸噴嘴和文丘里噴嘴；標準文丘里管流量計包括：鑄造文丘里，機械加工文丘里和粗焊鐵板文丘里。上述差壓流量計中除了通用差壓流量計之外，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（填寫數(shù)值）、灰口鑄鐵（10.50）、12CrMo（11.20）、12Cr3MoVSiTiB（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）、12CrlMoV（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)所選類型進行熱膨脹系數(shù)計算，否則需要自定義輸入熱膨脹系數(shù)值。

通用差壓流量計不同于上述設(shè)置，只需要輸入通用差壓_設(shè)計上限流量（t/h）和通用差壓_設(shè)計密度（kg/m 3 ）兩個參數(shù)。

1.2 脈沖輸出流量計

脈沖信號類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/m 3和1/L；當(dāng)量頻率輸出型_k系數(shù)單位包括m 3 、Km 3 、L、kg、t、Nm 3 和NKm 3 。如果選擇脈沖輸出型，則需要輸入脈沖輸出流量計儀表系數(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)計密度（kg/m 3 ）、當(dāng)量脈沖-設(shè)計溫度（℃）和當(dāng)量脈沖-設(shè)計表壓（Mpa）。

1.3 模擬輸出流量計

模擬輸出-流量信號類型包括4~20mA電流信號、1~5V電壓信號等，目前應(yīng)用非常為廣泛的還是4~20mA電流信號，模擬輸出 - 流量單位包括m 3/h、Km 3 /h、L/min、Nm 3 /h、NKm 3 /h、Kg/h和t/h。然后依次輸入標況體積流量_設(shè)計溫度（℃）、標況體積流量_設(shè)計表壓（Mpa）、質(zhì)量流量_設(shè)計密度（kg/m 3 ）、流量信號上限、流量信號下限和流量故障代用值。

2 介質(zhì)類型

介質(zhì)補償類型包括：氣體無補償、液體無補償、氣體溫壓補償、天然氣和水和水蒸汽。

2.1 氣體無補償

當(dāng)計量現(xiàn)場的工況參數(shù)變化不大，氣體介質(zhì)可以不進行溫壓補償換算，只需要輸入氣體無補償_工況密度（kg/m 3），氣體無補償_可膨脹系數(shù)和氣體無補償_介質(zhì)粘度（mpa.S）值。

2.2 液體無補償

如果計量介質(zhì)為液體，其可膨脹系數(shù)幾乎沒有變化（=1），則只需要輸入液體無補償_工況密度（kg/m 3 ）和液體無補償_介質(zhì)粘度（mpa.S）值。

2.3 氣體溫壓補償

氣體溫壓補償是非常常用的補償方式，氣體介質(zhì)分為已知氣體和自定義氣體兩種。已知氣體而言，氣體溫壓補償_氣體名稱有空氣Air、氮氣N 2 、氧氣O 2 、氦氣He、氫氣H 2 、氬氣Ar、一氧化碳CO、二氧化碳CO 2 、硫化氫H 2S、氨氣NH 3 、甲烷CH 4 、乙烷C 2 H 6 、丙烷C 3 H 8 、丁烷C 4 H 10 、乙烯C 2 H 4 、乙炔C 2 H 2 、丙烯C 3H 6 、丁烯C4H8和自定義。同時針對已知氣體需要輸入氣體溫壓補償_濕度值（%）、氣體溫壓補償_標況溫度（℃）、已知氣體_可膨脹系數(shù)eps補償方式和已知氣體_設(shè)定eps_可膨脹系數(shù)。對于自定義氣體而言，需要輸入自定義氣體_標況密度（kg/m 3 ）、自定義氣體_壓縮系數(shù)z補償方式包括自動計算壓縮系數(shù)和輸入固定壓縮系數(shù)兩種方式，選擇自動計算壓縮系數(shù)時，需要輸入自定義氣體_自動z_臨界溫度Tc（K）和自定義氣體_自動z_臨界壓力Pc（MPa），對于選擇輸入固定壓縮系數(shù)時，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補償方式包括自動計算可膨脹系數(shù)和輸入固定可膨脹系數(shù)兩種方式，選擇自動計算可膨脹系數(shù)時，需要輸入自定義氣體_自動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，需要輸入自定義氣體_設(shè)定eps_可膨脹系數(shù)。

2.4 天然氣

天然氣的計量主要有3種算法，AGA92DC、SGERG88和NX-19。AGA92DC算法計算壓縮因子的計算量較大，多用于流計算機和在線氣體組分分析儀的綜合應(yīng)用。SGERGG88算法計算量較小，同時也滿足常規(guī)的計量精度要求。輸入SGERG88算法的參數(shù)：CO 2 摩爾分數(shù)、H 2 摩爾分數(shù)、高位發(fā)熱量（MJ/m 3）和相對密度。此外，還需要輸入天然氣溫壓補償_標況溫度（℃）。同氣體溫壓補償一樣，可膨脹系數(shù)補償方式包括自動計算可膨脹系數(shù)和輸入固定可膨脹系數(shù)兩種方式，如果選擇自動計算可膨脹系數(shù)方式，在計量流量的過程中會自動計算可膨脹系數(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。天然氣流量的計算需使用的標準參比條件下物性參數(shù)包括，密度（ρ s ）、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)定的方法計算。天然氣流量計計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)水和水蒸氣國際協(xié)會熱力學(xué)性質(zhì)工業(yè)標準IAPWS-IFC 1997公式，只需要輸入溫度和壓力值就能計算出實時水和水蒸汽的物性參數(shù)值。水和水蒸汽的介質(zhì)往往涉及到熱量計量，應(yīng)用焓值乘以瞬時流量值就可以得到介質(zhì)產(chǎn)生的瞬時熱量值，具體可以通過熱量功能來關(guān)閉或者開啟熱量計量功能。

3 參數(shù)設(shè)置

3.1 串口設(shè)置

通信模式包括RS485和RS232，目前流量儀表的總線應(yīng)用較多，多通過通信位號設(shè)置設(shè)備的485從機地址。通信協(xié)議默認是MODBUS-RTU，因為RTU較ASCII的效率更高。波特率，校驗位和停止位常用的配置參數(shù)為9600-8-n-1，對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 差壓采集

差壓開方方式有0-本機開方；1-差變開方，差壓信號類型包括4~20mA（默認）、1~5V兩種模擬輸出。差壓單位有Pa、KPa（默認）和MPa幾種。差壓信號上限和差壓信號下限是分別設(shè)置20mA和4mA對應(yīng)的差壓限值，當(dāng)差壓傳感器的數(shù)值超過量程，后端的應(yīng)用即采用差壓故障代用值參與計算并告警輸出。

3.3 壓力采集

壓力類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，此時就不用人工輸入當(dāng)?shù)卮髿鈮褐颠M行表壓至絕壓的換算。壓力單位有KPa、MPa（默認）和bar三種，壓力信號類型包括4~20mA（默認）、設(shè)定表壓兩種，因為有些場合對于介質(zhì)的補償用設(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對應(yīng)的壓力限值，當(dāng)壓力傳感器的數(shù)值超過量程，后端的應(yīng)用即采用壓力故障代用值參與計算并告警輸出。

3.4 溫度采集

溫度信號類型有PT100、PT1000、4~20mA和設(shè)定溫度幾種，如果輸入類型選擇設(shè)定溫度，則應(yīng)用設(shè)定溫度（℃）值參與后續(xù)計算，溫度上限（℃）和溫度下限（℃）是針對4~20mA溫度量程限值，當(dāng)溫度傳感器的數(shù)值超過量程，后端的應(yīng)用即采用溫度故障代用值（℃）參與計算并告警輸出。

3.5 零點和線性修正

輸入通道零點修正功能默認是關(guān)閉的，一旦開啟此功能，流量零點修正值、溫度零點修正值和壓力零點修正值是應(yīng)用兩點修正進行處理，認為傳感器為線性輸出，通過K值和B值進行修正處理Y=KX+B，默認情況下K值為1.000，B值為0.000。而對于瞬時流量數(shù)值，流量計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點修正，則開啟（工況體積流量）線性修正功能，依次填寫流量點（m3 /h）和對應(yīng)的修正系數(shù)值。

3.6 流量切除

工況現(xiàn)場的流量計量受現(xiàn)場干擾的影響很大，流量信號切除（%）和流量信號切除（Hz）用于用戶現(xiàn)場進行小流量切除，由于不同單位對應(yīng)的瞬時流量值不同，為了簡化操作以%的形式進行處理。針對頻率輸入的流量計則直接設(shè)置頻率Hz下限值進行小流量切除處理。

4 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/m 3 ）、標況壓縮系數(shù)、標況密度（Kg/m 3 ）、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（m 3h）、標況體積流量（Nm 3 /h）、累積質(zhì)量流量（t）、累積工況體積流量（m3 ）、累積標況體積流量（Nm 3）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》，從開發(fā)出了流量積算儀校準上位機軟件，實現(xiàn)了流量積算儀標準輸出值的計算，上海上儀四廠解決了工況現(xiàn)場流量積算儀計算過程涉及參數(shù)龐雜易出錯且不易校驗的問題，提高了現(xiàn)場工作效率和操作準確度，達到了預(yù)期的設(shè)計效果。