流量计示值准确性的现场验证

1 概述

流量计在出厂之前需按检定规程进行检定。有些种类流量计，如涡街流量计、电磁流量计、涡轮流量计、科氏力质量流量计等还须在流量标准装置上通入校准流体，对被检表进行逐台校准(calibration)，校准有时也称对刻度进行标定。但是出厂检定合格的流量计安装到使用现场后，一般还得经过使用环节的实践考验，才算真正"合格"，这一环节就是交工验收时对流量计示值准确性的现场验证。将这项工作称作"验证”是因为它不同于检定。"检定"这个术语在国家标准中的定义是"查明或确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包

括检查、加标记和(或)出具检定证书"^[4]。很明显，对于流量计，检定是对某台器具所进行的工作。而一台流量计安装到使用现场后，往往还要同其他相关联的仪表(如二次表)配套，连同被测对象一起组成流量测量系统，并在特定的使用环境中运行。一个流量测量系统中所包含的各台计量器具可能全部是合格的，但组成一个流量测量系统却可能不合格，因为器具选型不当，量程选择不当，器具之间匹配不合适，安装不合理，环境恶劣使器具不能适应，测量对象对器具测量范围度要求太高等原因，都会造成系统误差太大。所以，这里所说的验证是对为一个具体的对象服务的在一个特定的环境中运行的测量系统而言。一套流量计在某个特定的环境中运行可能不"合格"，而换一个环境可能是"合格"的。对这一对象服务可能不"合格"，改作为另一对象服务可能又是"合格"的。因此，验证不能脱离具体的系统、具体的对象、具体的环境。

"比对"这个术语在《计量辞典》中的定义是"在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准，或工作用计量器具之间的量值进行比较"^[5]。看来用比对来代表现场的验证工作也不完全合适，因为现场验证有些是在相同准确度等级的测量系统之间进行比较，而有的却不是。"验证"一词在GB/T 6583-1994中定义为"通过检查和提供客观证据表明规定要求已经满足的认可"^[6]。这虽是质量管理和质量保证标准中的术语，将其借用到测量系统的质量管理，基本上也合用。

但是不管叫什么名称，这项工作还是必须做的，而且是一件十分重要的事。验证时可能是供应商提出很多数据和理由，证明测量系统示值是足够准确的，而由业主单位进行验收；也可能是安装调试单位交工，而由建设单位或建设单位委派的监理单位验收；在同一个单位中，则可能是仪表计量设备部门交工，而由使用部门验收。

下面介绍常用的现场验证方法。

2 流量测量系统的现场校验

在使用现场对流量测量系统进行校验，一般包括零点校验和零点以外的示值校验，通常似乎先进行零点校验，在零点正常后，如果有条件才进行零点之外其他点的示值校验。如果零点不正常，一般应先查找原因，经处理使之正常后再进行其他点的示值校验。

（1）流量测量系统零点的校验

在使用现场对流量测量系统的零点进行校验同在实验室中进行校验方法没有什么不同，都是使流过流量计的流量为零，然后读取流量表的示值。只是使用现场条件没有实验室理想，有较多不利因素。

经验丰富的工程监理人员或验收人员在流量计启用前对其检查验收时都要检查一下流量计的零点示值，因为此项校验最容易实施，也最为重要。

在校验时流量计既不能无中生有，也不能指向负值。校零时需注意如下各点。

①保证流过流量计的流体流量确实为零。这是流量计校零的基础。现场使用一段时间的切断阀关闭后能做到无内泄者不是很多。所以校对零点时，需确认这一点，才能避免弄巧成拙。

②在流量计测量通道中必须充满被测介质。这一点对于电磁流量计尤为重要。因为大多数电磁流量计在空管时都会指向满度值，这是由于测量管空管时，电极之间开路，使示值超过满度。

③小信号切除问题。对于以模拟信号输出的流量计，由于模拟电路难免有些漂移，导致零点出现微小的偏移。通常用小信号切除的方法予以解决，这一方法也有缺点，因为切除点以下的小流量信号也一起被切除了，所以切除点不能定得太高。在流量仪表普遍实现可编、程后，切除点可根据需要任意设定，为解决这一困难提供了有效的手段。但应注意，有些变送器(例如差压变送器)由于安装位置有一定的倾斜，或因承受机械应力，导致零点漂移，不能用小信号切除的方法解决，只能用零点校准的方法解决。

涡街流量计测量液体，管中充满着的液体，包围在传感器周围，具有良好的阻尼。若测量管中充的是气体，由于气体的密度和黏度均比液体小得多，阻尼特性较差，管道或厂房的振动，甚至周围空气较强烈的振动，都会导致仪表示值的"无中生有"。

④振动对涡街流量计零点的影响。涡街流量计在测量管充满被测介质时，如果零点示值偏高，也即存在"无中生有"的现象，一般都可通过噪声平衡(NB)调整和触发电平调整(TLA)使输出回零^[7]。但若安装现场振动较严重，往往无法用仪表调整的方法解决问题，因为将触发电平调得太高，或将放大器增益(GAIN)调得太小，必将导致提高可测最小流量值，甚至在流量较大时涡街所产生的信号仍低于触发门槛值，而被当作噪声予以滤除。这时就得另想办法，例如减小振动，换上耐振性更佳的仪表等。

⑤涡街流量计在零流量时易引入干扰。涡街流量计校零时容易接受外界干扰的主要原因是因为其传感器前置放大器的变增益特性。以压电传感器为例^[8]，由于传感器的输出幅值同流过测量管的流速的平方成正比，流速越高，传感器的输出幅值越大；反之，输出幅值就小。微弱的信号送入涡街流量计的前置放大器，该放大器为了将幅值悬殊的频率信号放大到幅值近似相等的信号，采用了变增益放大器，即流速高时输入频率高，增益小，流速低时输入频率低，增益大，当然，输入频率为零时，增益最大，这时，各种干扰也一视同仁被放大了很多倍数，而高于触发器的门槛值，最终被当作信号送到输出端。

(2)流量测量系统的示值校验

流量测量系统的零点示值校验实施起来较容易，因为使流过流量计的流量为零，比较容易实现。本节所述的校验是零点之外其他点示值的校验。

①校验前的准备工作。

要对流量测量系统示值进行现场校验需具备必要的条件。如图6.17所示，要预留校验口和切断间，在仪表安装时就己设置好。如果只设置出料校验口， 则只能用流量计实际被测流体校验；如果既装设了出料校验口又装设了进料校验口，就也可用其他合适的流体校验。

②用容积法进行校验。

用容积法对被校表进行校验，其管道连接如图6.17所示。适用于液体流量校验，流量校验点一般取被校流量计常用流量，可在不影响生产操作的情况下实施校验。标准容器的容量不应小于1min的输送量。

流量计的误差按下式计算，即

式中 E——流量计误差(一般指累积误差)，取两位有效值；

Vm——流量计测得值(即示值)；

V——经修正后，流量标准装置测得值(即实际值)。

式中 Vs——标准装置测得的未经修正的体积值；

C_ts——工作器具温度修正系数(纯数)；

C_tl——工作液体温度修正系数(纯数)；

C_pl——工作液体压力修正系数(纯数)；

β_S、β₁——分别为工作量器和工作液体的体胀系数，℃^-l；

F_l——工作液体的压缩系数， Pa-¹；

Pm——流量计处表压， Pa；

t_S、t_m—— 分别为工作量器内和流量计处液温，℃。

上面的算式是检定规程中规定的完整公式，由于现场校验受条件的限制，标准器和操作要全面达到规程的要求还有困难，因此，温度和压力的修正也往往被简化了。

用标准容器在现场对被校表进行校验，校验点(瞬时流量值)要做到高是困难的，达到60时/h的例子已不多见。因为流量越大，困难越多，如动力、标准容器的搬移、场地、操作以及校准液的回收等。

当流量更大时，可利用现场现成的水池、槽、罐等代替标准容器，用一段时间内容器中液位的变化计算容积值，然后同流过流量计的总量进行比较。但是计算时，容积值的计算不能以竣工图数据为准，须实测，容器上入孔、法兰口、内件的影响都要扣除，阀门不能泄漏，旁路管道流出流入的量要特别注意。

还要说明一点，这里所说的槽、罐等容器可能己作量值传递，并取得"容量计量检定证书"，可具有明确的精确度；但若这些计量容器不符合规程规定的要求，未能作法定检定，就不能作为流量仪表高一级的标准容器，或容器精确度不够(如作标准容器用的水池精确度低)，因此不能称作校验，更谈不上校准或检定，只能称"比对"或"验证"。即使图6.17所示的标准容器是已经取得检定证书的精确度很高的标准容器，由于现场使用的切换机构和计时系统不够完善，难以获得较高的系统精确度，所以这样的操作也只能称得上"比对"或"验证"。

③用称量法进行校验。

用称量法对被校表进行现场校验，其管路连接如图6.18所示。

计算标准装置测得的体积值并进一步计算被校表误差。

式中

式中 V——经换算修正得到标准装置测得的体积值， m³；

Vs——标准装置测得的未经修正的体积值， m³；

M——称量液体所加的标准砝码示值

C——空气浮力修正系数(纯数)；

ρl——工作液体的密度， kg/m³；

ρ——标准砝码的材料密度， kg/m³；

ρa——空气密度， kg/m³；

C_tl——工作液体温度修正系数(纯数)；

C_pt——工作液体压力修正系数(纯数)；

β₁——工作液体膨胀系数，℃^-l；

F₁——工作液体压缩系数 Pa-¹；

tm、ts——分别为流量计处和称重容器内的工作液体的温度，℃；

ρm——流量计处表压， Pa。

当标准秤不用砝码时，式(6.18)变为

称量法在现场校验中比容积法用得多，原因是标准秤比标准容器容易得到，灵活性也更大。

④用标准表法进行校验。

上面所述的容积法和称量法只能用液体进行校验，而标准表法既适用于液体又适用于气体。用标准表法进行现场校验，流程如图6.19所示。

标准表的选择灵活性很大，主要取决于交工单位和验收导位的资源情况，在不得己的情况下，有时也使用精确度达不到规程要求的流量计作标准表。对于液体，选精确度优于0.2级涡轮流量计是适宜的；对于气体，流量不大时选用煤气表，流量较大时，选用临界流流量计。连接管道时，下面各点应注意。

a.保证前后直管段。

b.保证管道中充满被测流体。因此，当被测流体为液体时，常将管道末端向上翻高， 如图6.19所示。

计算标准流量计测得的体积值，并进一步计算被校表误差。当被测流体为液体时，

式中 V——标准流量计测得的修正过的体积值，m³ ；

Vs——标准流量计测得的未经修正的体积值，m³ ；

C_tl、C_pl——分别为标准流量计处流体受温度和压力影响的修正系数；

β₁、F₁——分别为工作液体的体积膨胀系数（℃^-l）和液体压缩系数(Pa-¹)；

tm、ts——分别为被校流量计和标准流量计处的温度，℃；

Pm、ps——分别为被校流量计和标准流量计处的表压力， Pa。

当被测流体为气体时，情况要复杂一些。因为气体温度膨胀系数大，又容易被压缩，当其状态偏离标准状态较远时，还需进行压缩系数修正。被校表的类型有多种，标准表的类型也可以有多种，对于直接式质量流量计，其示值不受流体状态影响，而其他类型仪表必须进行流体温度、压力、压缩系数补偿。测压点的位置要求也有很大差异，例如，涡街流量计要求装在流量传感器下游数倍管径的管道上；孔板流量计要求装在节流装置正端取压口处；其他原理流量计大多数要求装在流量计上游管道上。因此，如何处理被校表和标准表测量数据，应按相应的仪表说明书，得到被校表和标准表的示值后，按式(6.15)计算被校表误差。

c.运用标准表法时应注意的事项。在用标准表法对现场流量计进行校验时，由于被校流量计和标准流量计安装在同一根管道上，而且相隔距离又很近，两台表很容易相互影响引起误差增大，甚至无法工作。例如，在用科氏力质量流量计对现场的一台科氏力质量流量计进行校验时，两台仪表都应用支架固定牢固，如果两台表的振动相互干扰难以消除，可在两台表之间用一段挠性管连接。

在用旋转式容积流量计作标准表对涡街流量计等进行校验时，应注意旋转式容积流量计工作时可能引发的流动脉动对被校表的影响。

容积流量计中的椭圆齿轮式、腰轮式、旋转活塞式等，由于其工作原理的特性，工作时会引发一定幅值的流动脉动，图6.20所示为文献[l0]所提供的椭圆齿轮流量计和腰轮流量计角速度变化情况。角速度的变化引发流动脉动，作用在涡街流量计等流动脉动非常敏感的仪表上，导致其示值明显偏高。解决这一问题的方法一是避免采用容易引发流动脉动的标准表，二是在两台表之间增设阻尼器，如本章第6.1.4节所述。

⑤用夹装式超声流量计进行校验。

上面所述的三种方法具体实施时，最重要的是注意安全，包括人身安全和生产流程的安全。三种方法都不适用于高温高压流体、易燃易爆流体、强腐蚀流体以及有毒有害流体。至于生产流程的安全，主要是校验时不要影响生产的正常进行，不要对产品产量、质量以及环境造成影响。本节所介绍的用夹装式超声流量计进行现场校验，在安全方面具有独特的优点。因为超声探头被夹装在管道外面，对管道内流体的流动毫无影响，因此对生产安全和人身安全无直接影响。

用超声流量计对流量计进行现场校验，从方法来分类仍属标准表法，但是超声流量计的实际准确度多半达不到规程要求，例如单声道时差法超声流量计，流速精确度为读数值的0.5%~1%，再计入流通截面积求取的误差、传感器安装距离误差等，不确定性很大，所引起的流量误差更大，所以也只能称为比对或验证。

在用超声流量计对被校流量计进行现场校验时应注意以下各点。

a.管道中流体的雷诺数Re_D对超声流量计的示值有影响，在Re_D≥5000后，仪表才能稳定指示。所以流速太低时不宜使用。

b.管道内流体流速分布不均匀，对仪表示值影响较大。如果换能器安装位置上、下游存在弯头、异径管、阀、泵或管道内有阻流物等，流体形成横向二次流，流速分布偏离，在直管段长度不够时，测量精确度下降，在有旋涡的情况下甚至不能测量^[ll] 。

图6.21所示为上游有90°弯管，不同直管段长度的测量误差，共3组试验数据。

c.管道内径和壁厚尺寸必须实际精确测量，不能用名义值代替。据富土电机公司资料介绍，管道内径误差±1%，会引起约±3%的流量误差^[ll]。

d.注意管道内壁沉积结垢，因为这使得声道偏离原预设的声道，也改变了流通截面积。有的旧管道结垢严重或起皮，以致无法正常测量流量。

e.换能器安装在水平管道上时，为避开管道顶部可能存在的气隙和底部可能沉积的泥沙或其他固形物，应尽可能安装在与水平成±45°角的位置，如图6.22所示。

f.换能器不能安装在管道焊缝或法兰安装处，如图6.23所示。

g.保证直管段长度。为了消除流速分布不均匀对示值的影响，各生产厂家都规定了上、下游直管段的下限长度。例如富士电机产品规定上游直管段为10D以上，下游为5D以上。如果上游有泵、阀等设备，则要求30D以上。实际上这一规定只适用于流速在2m/s以下的90°弯管和流体自然流下的场合，如图6.24所示。如果流速超过2m/s，要求直管段的长度为上述规定的1.5~2倍。

 

3 流量测量系统示值准确性的现场验证

 

上面所说的容积法、称量法和标准表法三种现场校验的方法，在交工验收时并不经常使用，因为费力费工，十分麻烦，实际交工验收时首先用到的是对各有关流量计的测量结果进行验证，只是在发现较大误差而用其他方法又查不出原因所在时，才对重点怀疑的流量计进行校验。

流量测量系统示值准确性的现场验证经常采用物料平衡法、热量平衡法、设备能力法等、流量增量验证法。

(1)物料平衡法

流体从封闭管道的一端连续地流到另一端，在管道内充满被测流体而且工况稳定的条件下，可忽略管道中物料滞留量的变化，因而在管道的始端和末端所测量到的流体总量应是相等的。物料平衡的验证方法就是利用这一原理进行的。

①一根管道两套表。在生产和经营活动中，一根管道上串联装有两套计量表的情况并不少见。

a.用于物料交接的一根管道上，交接双方各装一套计量表。

b.在火力发电厂，锅炉出口和汽轮机进口一般都装有蒸汽流量计，在采用一炉对一机运行方式时，也存在一根管道两套表的情况。

c.在火力发电厂，汽轮机背压引出的蒸汽一般都装有流量计，低压蒸汽总管上也装有流量计，在汽轮机只有一台运行时，总管上的蒸汽流量应与汽轮机出口流量相等(假定减温减压系统停用)。

一根管道上的两套流量计，一段时间内所计的总量应相等，这是常识。在利用这一关系验证两套表的测量结果时，应注意两套表之间的管路上不应有泄漏，也不应有引入物料或引出物料的支管存在。如果两套流量计相距较远，应注意物料在管道中输送时工况是否己发生了变化，例如饱和蒸汽在管道中经长距离输送后，其中一部分蒸汽因损失了热量而变成水，如果下游的一台流量计是涡街流量计，因为它对水不响应，因而导致下游的一套流量计示值明显低于上游的一套流量计。

②各分表示值之和同总表示值相等。居民家用电度表往往采用大表拖小表的做法，即一幢楼房装有一台总表，楼房中的每个家庭各装一台分表，各分表所计总和应与总表一致，否则就会有表计不准或偷电之嫌。

在流体计量方面，也普遍存在着分表与总表的关系。要做到各分表示值之和(总量)同总表示值(总量)基本相符，在许多情况下难度较高，这不仅同仪表本身的品质有关，还同设计条件的准确性、仪表选型、测量范围选定、仪表安装质量、环境条件、实际流量变化范围等密切相关，任何一个环节存在问题都会使平衡数据大相径庭。

平衡差允许值同流体类型和仪表精确度等级有关，对于蒸汽来说，如果使用的都是涡街流量计(1.5级)，验收方完全有理由提出平衡差绝对值≤3%的要求。各台流量计示值与各自的满量程流量之比较高时，达到这一要求并不困难，但在流量相对较低时，达到这一要求很不容易。

在流量计选型和选定测量范围时，口径选得过大，测量上限取得过高的情况并不少见，待仪表投入运行后发现实际流量比预计的小得多，有的甚至进入"小信号切除"区间，从而导致测量误差增大。

例1流量测量范围选定不合理引出的问题

某仪表公司在一高楼内建立蒸汽计量网时，锅炉总共有4台，冬季开其中的3台，总蒸发量28t/h左右，但到了夏季，整个蒸汽网的消耗量才2t/h。如此大的变化范围对流量计提出了非常高的要求。例如有一台分表，管道为DN300，建筑设计院提供的数据是20t/h蒸汽，于是据此选用了DN200涡街流量计，其最小可测流量为2.1t/h(流体为p=0.87MPa饱和蒸汽)。仪表投入运行后，冬季最大流量也只有4t/h多一些，不到设计院所提条件值的1/4。夏季到来后，该路流量更小，有时甚至低于切除点600kg/h，引起分表示值之和比总表示值小30%左右，后来业主单位根据实际运行数据对设计条件作了调整，改用DN80的涡街流量计来测量该路流量，使计量精确度有了保证，从而使低负荷运行条件下流量计量数据平衡差≤4%R，满足了委托方的要求。

③根据质量平衡关系对计量数据作出判断。质量平衡是自然界的基本法则，在生产过程中也不例外，大到一个生产系统，小到一个生产设备，采出物料总量总是同投入物料总量相等。例如单一进料的精馏塔，顶底出料之和同进料量相等，锅炉发汽流量同锅炉进水流量平衡等。但在作锅炉汽水平衡计算时，应考虑汽水采样损失、泄漏损失、蒸汽带水损失以及下汽包排污损失等。还应考虑汽包压力和水位的变化引入的汽包存水量的变化。为了消除这些因素对平衡计算的影响，一般做法是在测试期间停止排污，流量累积值读数时，汽包压力和水位应在规定范围内。

在根据物料平衡关系对流量计计量数据进行平衡计算时，如果数据平衡差值为零，并不能肯定与平衡计算有关的各台流量计误差为零，但是没有理由说流量计不准，因为计量数据符合物料平衡的规律。

在用物料平衡法对相互有关系的流量计进行验证时，应注意流体工况的变化。有时候就是由于流体工况的差异引起仪表测量误差，或者流体工况已经有很大变化了，运行人员仍然按照变化之前的数量概念来估算流量值。下面就是这方面的两个实例。

例2 流体温度变化引起流量测量误差

青岛某厂的一台220t/h锅炉，发汽流量和进水流量均用孔板流量计测量，锅炉长期以来一直满负荷运行，但有一个不解之谜，即发汽流量总是比锅炉进水流量与减温水流量之和高2%左右。照理说根据差压式流量计测量结果计算出来的平衡差能达到≤2%已属不易，但运行人员仍不满意。于是仪表人员对孔板计算书进行复算，对各台仪表进行复验，对仪表安装进行检查均未发现问题。最后要求仪表制造厂作解释。于是有关人员对这两个测量系统方方面面的情况作了较全面的调查。最后，当问及流体实际运行工况同孔板计算书中的设计工况是否偏离时，运行人员解释除氧水温度因故比设计条件低50°C，而这一偏离在进水流量表中既未作相应的修正，也未引入温度补偿。由于温度的这一偏离，使流体实际密度增大4%，进水流量计偏低2%是理所当然的事。

例3 液体温度升高，体积膨胀，体积流量相应增大

江苏某化工厂两台DN100电磁流量计分别测量两根管道的两种稀酸，汇合后进入总管，并由DN200mm电磁流量计计量总流量。使用单位向仪表制造厂反映总表流量为分表流量之和的120%~130%.认为3台仪表均不准确。经现场了解，管道压力为O.6MPa绝对压力，两分管液体温度为30°C，混合液体进入总表前经反应器热交换，温度升高到180°C。假定稀酸的温度体积膨胀系数与水相近，从30°C升高到180°C体积增加约12%，可判定总表和分表总和之间读数差主要是液体温度变化所致。此外，O.6MPa绝对压力158.5°C水已开始沸腾，流过总表的流体，在液体中夹有部分蒸汽，亦会增加总表体积流量的读数，可认为找到了总表读数多20%~30%的原因^[10]。

④用冷凝水量验证蒸汽流量计的准确性。有许多蒸汽用户是取用蒸汽中的热量，此蒸汽经过流量表计量后送用热设备，蒸汽放出热量后变成质量相等的冷凝水，然后从疏水器排出。将一段时间内的冷凝水收集起来，测量其质量，然后与同一段时间内蒸汽表所计的总量比较，验证蒸汽表的准确性。这种方法是在流量计安装使用现场经常使用的简单而易行的方法，但应注意下面两点o

a.冷凝水在排出疏水器时总要夹带少量的蒸汽，进行总量比较时应予考虑，最好是将疏水器排入装有适量冷水的容器底部，从而使残余的蒸汽全部变成冷凝液后再测量。

h.如果流经流量表的是饱和蒸汽，必须考虑其中夹带的水滴对平衡计算的影响。现在使用涡街流量计测量蒸汽流量的方法应用十分普遍，而涡街流量计对蒸汽中的水滴基本不响应^[l2]，而在疏水器的排出液中却包含了这些水滴，因此，如果蒸汽的湿度为5%.那么冷凝水总量比蒸汽流量表所计的 总量高5%则属正常。困难的是蒸汽的温度究竟是多少难以测量。只知道在进流量计之前，如果管道上装有疏水器，则可将分层流动的水排放掉，这时蒸汽中的水滴含量约为O~5%(质量比)^[12]。

⑤运用物料平衡法时应注意的问题

a.仪表的安装应符合规程要求，如果因现场条件限制无法完全满足，则在核算时应对由此引起的误差作出评估。

例4一幢大楼的低区冷冻水系统(见图6.25)流量测量总表与各分表示值之和差5%

该系统共有12台分表，管径从DN80~ DN200，均用IFM型电磁流量计测量流量，而总管为DN600，采用AT 868型夹装式超声流量计测量流量。供水温度和回水温度也接入二次表，以实现对冷量的计量。总管流量计HIQ 01由于管径大，对直管段要求高，现场无法满足要求，前直管段只能勉强达到5D，仪表投运后发现总管流量示值比各分管流量示值低5%。

在作系统误差分析中，工作人员核对了各分表的数据设置和各台表所对应的用户的设备能力，确认流量示值可信。尤其是该型号电磁流量计精确度较高，其基本误差限为±0.3%R，因此初步判定5%的量差主要是由于总管流量计误差大引起的。

在分析直管段长度不够对超声流量计示值影响的过程中，富士公司的经验起到了作用，该公司提供的三条曲线(见图6.21)都表明夹装式单声道超声流量计在直管段不够长时示值偏低，在前直管段长度为5D时，示值约偏低5%。从而使总表与分表量差的矛盾找到了答案。

b.防止流体倒流导致重复计量而引入误差o

例5 间歇发料系统(见图6.26)停泵期间泵出口外管内存料返回到泵的进口

上海某氯碱厂用泵将料液从一个部门打到另一个部门，输送量由一台智能电磁流量计测量。当一批料输送完毕泵即停止运转，于是泵出口外管内的料液返回泵的进口。由于外管直径大，线路长，所以每次返回量较大。一段时间只发现流量计所计总量比储槽中用容积法所计总量大，但原因不明。后来检查中调阀智能流量计所保存的总量值，才明白问题所在，该仪表中保存的总量值有三个，即正向总量Q_D、反向总量Q_R以及正反总量之差Q=Q_D-Q_R。结果储槽中用容积法所计总量值与Q基本相等，于是电磁流量计面板显示总量指定为Q，问题得到解决。

例6 并联运行的两台锅炉产汽流量重复计量(见图6.27)

某公司有两台并联运行的全自动燃油锅炉，其中一台A正常发汽，另一台B作热备，两台锅炉的汽包出口管上均装有涡街流量计，经计量的蒸汽送分配器。发汽总量和耗汽总量统计中发现发的量多耗的量少。经仔细观察发现处于热备状态的锅炉，其汽包所耗散的热量取自正常发汽的锅炉，不仅如此，由于分配器压力总是有些波动，在分配器压力降低肘，锅炉B汽包对分配器供汽，流量计计出供汽量。在分配器压力升高时，分配器对锅炉B汽包充汽，这部分汽也是经常有变化，重复计量也经常发生，最后导致总表所计总量(FIQ01和FIQ02所计总量之和)明显高于耗汽总量。而且压力波动幅值越大，越频繁，总表所计总量偏高越多。

在工厂煤气发生站也有类似的情况，煤气连通管压力升高时，系统对停用发生炉的气容充气，煤气连通管压力降低时，停用发生炉的气容对系统"供气"，仪表计出"供气"量。

(2)热量平衡法

将与被测流量相关联的有关数据代入热量平均方程式，计算出流量理论值，用以验证流量计示值，这是仪表工程师们常用而有效的验证方法。

下面所举的是计算锅炉除氧器蒸汽消耗量的实例。

例7 有一台除氧器用压力为p=1.2MPa(表压力)，温度为250℃的蒸汽经减压后直接加热进水，除氧器进水温度为45℃，出水温度为105℃，在锅炉产汽流量为15t/h的条件下，除氧器消耗蒸汽应为多少?

解 设除氧器加热蒸汽流量为x kg/h，则除氧器进水流量应为(15000- x) kg/h，从蒸汽的温度和压力参数查表知其比焓为2954kJ/kg， 1kg蒸汽变成105℃冷凝水放出的热量为2514kJ，则根据热量平衡关系有下面的方程式成立：

单位质量蒸汽放热量×蒸汽流量=水的比热容×(出水温度-进水温度)×进水流量

将己知数据代入上式得

除氧器顶部排放氧气的时候还要带走少量蒸汽，排放量以加热耗汽量的3%计，则除氧器总汽量应为1404kg/h。

本例计算是建立在除氧器送出的除氧水全部进入锅炉井全部变成蒸汽这一基础上，因此汽水系统不能有泄漏，测试期间不能排污，而且汽水采样损失的水量作忽略不计考虑。如果采样量较大而不容忽略，则应对损耗量作一测试或估算。

(3)设备能力估算法

根据设备能力来估算流量是个"古老"的方法，早在几十年前， 煤气公司就用煤气压缩机开机台时作为输送煤气的计量手段，直到有了较先进的煤气流量计的现在，这一方法仍作为监视、核对流量计示值的手段。

运用该方法时，应注意下面各点。

a.压缩机出口压力应为规定值，因为出口压力不同，压缩机的内泄量也相应变化。如果达不到规定值，应计入此因素对排气量的影响。

b.设备的效率同其完好状况密切相关，在其完好状况不佳时，输出流量相应减小。

c.压缩机毕竟不是计量器具，它没有计量准确度的概念，同一种型号同一个规格的压缩机，在规定的条件下考核，排气量也允许有-5%~+10%的差异^[13]。多年来人们沿用这一方法，一是煤气压缩机出现得早，在其投入工业应用时还没有合适的流量计可选用；二是有"定排量” (positive displacement)的概念，即压缩机每旋转一周或每往复一次，就有固定量的气体被吸入和排出；三是因为出口压力很低，机内泄漏可以忽略，在其他类型的压缩机上，因为出口压力较高，机内泄漏受多种因素影响，仍使用这个方法不够可靠。

将这一方法引申到泵上，也应区别对待，因为泵的种类很多。对于齿轮泵，属正排量类型，用其铭牌上所标的输送流量数据作参照，意义较大，但应考虑出口压力、流体黏度和齿轮新旧程度对机内泄漏的影响。出口压力越高、流体黏度越小、齿轮磨损越严重，机内泄漏越大。对于离心泵，其铭牌上所标的输送流量数据基本上不能用作验证流量计示值的依据。下面的三个例子是仪表制造厂现场服务工程师实际碰到的有代表性的实例^[10]，都是由使用单位用离心式水泵铭牌数据验证流量计示值和由于对水泵的特性认识不深而引发的误解。

例8 两台同规格水泵由于实际性能差异引发的误解

某水厂两台同规格水泵输给两条管线，分别装有DN600mm电磁流量计，布置如图6.28所示。该水厂运行人员从泵铭牌上的额定流量来核对仪表读数，称泵A通A表(即关闭阀C)仪表误差为+(10~15)%，泵B通B表误差为5%，认为两台仪表均不准确。仪表厂服务人员即利用装有阀C的有利条件，试测泵A通B表和泵B通A表的流量，得出与上述相近的数据。两台流量计测出同一台泵的输水量相近，证明除管网负载有些差别外，主要是两台水泵性能上的差异。

例9 扬程差别大的泵并联运行误认为流量仪表间相互干扰

吉林某厂用几台泵并联输送液体，每台泵的下游各装有电磁流量计，然后汇集总管输出。各泵单台运行(或其中几台并联)都很正常，但增开某一台泵并入管系，原来运行各泵的仪表指示流量明显减少，甚至出现指示反向流现象。运行人员认为该特定泵所装电磁流量计干扰了其他运行中的仪表。经检查确认为仪表正常，找出产生这一现象的原因是所增开泵的扬程比其他高得多，致使压抑低扬程泵的输出，使之减少，甚至倒流。

例10 多台同规格泵并联运行输出量变化的误解

河南洛阳某水厂A、B两泵房如图6.29所示，各装有同规格水泵7台，各自汇集到DN700mm总管输出。总管上各装有一台电磁流量计，在流量计下游两总管接有连通管和闸阀，平时此闸阀全开。试开动两泵房不同台数的泵，得出如表6.3所示流量计上读数。将A、B两泵房开泵台数对调，所得读数亦相接近。水厂运行人员认为流量仪表线性不好，低流量时指示偏低，似乎开泵台数增加，出水量应按比例地增加。实际不然，这是一种误解，

在表6.3所列的数据中，除了试验序号4中B泵房开了一台泵，而流量计读数却为零一项，可能是由该台泵存在问题而引起，其余各项数据同预计的一致，都是由于对离心式水泵输出特性认识有出入而引起的。其实，离心式水泵的输出流量同其出口压力有对应关系，出口压力越低，输出流量越大，反之则小。多台离心式水泵并联运行时，瞬间停掉其中的一台泵，则继续运行的各台泵出口压力下降，输出流量增大。关于此问题，文献[14]用图解法作了详细分析。

例11 往复式空压机排气量受吸入口温度影响大

某仪表公司为上海某柴油机厂空压站配置空气流量计14台，用于往复式空压机出口流量和空压站出口总管流量测量。仪表在夏季投运后，带温压补偿的流量计所显示的标准状态体积流量值普遍比空压机铭牌数据低，厂方未对此提出异议。因为己使用几年到40年的老机器出力不足是可以理解的。但是到了冬季，流量计示值普遍大幅度升高，有一部分高于铭牌数据，于是厂方提出以下异议。

a.已使用了几十年的老机器排气流量如此高不可能。

b.排气量比铭牌数据还高，也是不可能的。

仪表公司解释说，空压机排气流量冬季增大是因为空压机吸入口空气温度降低、密度增大所引起，一段气缸每往复一次吸入的空气体积是常数，但其质量随空气密度成正比增加。夏季大气温度以30°C计，按理想气体定律，大气温度降到O°C时，空气密度增大约11%，仅此一项，冬季的流量就有可能比夏季流量高11%。

其次，空压机排气量考核时其吹入气体温度是以20°C为参考点，如果吸入口温度降为O°C，则吸入口空气密度比20°C条件下密度增大约7.3%，因此，排气流量高于铭牌数据也属正常。经此分析，厂方接受了这个观点。

除了压缩机和泵之外还有很多设备，其铭牌数据在验证流量计示值时可作参考，在这方面，工艺工程师和设备工程师的知识比仪表人员丰富，在利用这些数据时，应共同讨论。

(4)流量增量验证法在仪表使用现场，流量计一旦投入运行，流过流量计的流体量就不允许按照仪表校验的需要进行调节，如果能有机会将流过流量计的流体关断几秒至十几秒，校对一下流量计零点已经算是幸运的了。但是，有些流量系统在不影响生产、不影响正常运行的前提下，采用合适的方法使流量计示值有一个显著的增量，并对引起这一示值的增量所对应的流体的增量进行较准确的测量，还是有可能的，下面的例子就是属于此种类型。

例12 循环水流量的增量验证法

上海某药业公司在组建全厂能源计量管理网络过程中，对新装的一套循环水流量计的显示值提出异议。该计量点安装的是KROHNE.DN200电磁流量计，流量测量范围为O~200m³/h。流量计安装在地面上，流量计下游的管道上方有一个DN20排气阀。工艺专业认为，该路循环水应有100m³/h左右的流量，可是，仪表显示值只有5m³/h多一些，变化幅值也不大。于是怀疑仪表误差大。

仪表人员在检查核对仪表的数据设置正确无误后，与工艺专业制定了一个验证方案：将排气口作为液体排放口，将DN20阀门开足后的流量增加值为输入信号，读取仪表示值增量。于是，准备了软管、秒表和容器后，进行了验证操作。试验结果是阀门开足后，仪表示值增加5m³/h，用塑料桶收集从阀门中排出的水， lOs装了一桶，用台秤称得净重为14Kg，经计算得阀门中排水的平均流量为5.04 m³/h，所以验证结论是：仪表示值可信。

这一验证方法其实还不够完美，因为仪表示值增量与实际流量增量相符，仅仅表明该台仪表分度线的斜率是对的，并不说明在整个测量范围内的示值都准确。

一台理想的流量计，其显示值与实际流量的关系可用图6.30中的一根直线来表示，这是一根通过原点的与横坐标夹角为45°的直线。在例12中，如果仪表的零点不准，也能得到示值增量相符的结果。因此，在用增量法验证的时候，如果条件具备，最好也验证一下仪表的零点示值。

增量验证法其实是一种最简单的模型辨识，在应用这一方法时，有几条要领值得重视。

①验证前后的一段时间内，仪表示值应平稳，以免本底信号的波动干扰验证结果。

②验证的时间，即例12中从开阀到关阀的时间间隔应尽量短，以削弱验证期间的干扰影响。

③在工艺允许的前提下，验证时所加的信号应尽量大一些。

④例12中的阀门打开后，应注意观察仪表示值的变化，读取其平均值。如果仪表内部的阻尼时间设置得太大，应事先修改到较小的数值。

⑤例12中的阀门关闭后，应再一次读取仪表的稳定示值，如果与开阀前的示值有差异，应取其平均值计算示值增量。

⑥排出流体的收集和回收与否，应同工艺专业协商，以免污染环境和造成损失。对于水之类的流体，可不予回收；对于价值较贵或污染环境的流体，必须回收。

⑦操作时应注意安全。

例12所举的是一个流量计口径较大而排放口通径较小的例子，流量计下游增加5m³/h的负荷不会改变其他用户的流量。如果流量计口径不很大，而排放口排出的流量相对较大，则在排放时，流到用户的流量会有一定的减少。因此，这一验证方法有时还是属于定性的。

这一方法也可用于气体及蒸汽流量计，但须解决排放口排出物的流量测量问题。最简单的方法是用临界流流量计测量气体流量。

例13氧气流量的增量验证法

上海某铁合金公司的工程项目中，有两台用于氧气流量测量的DN50涡街流量计，用户要求对其准确性进行验证。于是按照ISO 9300标准自制了一台临界流流量计^[15]。

流量计的布置如图6.31所示。阀门打开后，涡街流量计示值有一增量，记下压力值P1，并将临界流喷嘴数据和气体参数代入公式计算排放流量。结果表明，涡街流量计示值增量与排放流量基本相同。

用临界流流量计验证气体流量计的条件有两个，一是工艺专业允许气体作一定量的排放，二是管内绝压ρ1高于0.2MPa，能满足临界流喷嘴使用条件。

上面的两个实例是应用增量法验证流量计示值的准确性，这一方法有时也用于验证流量计是否运行正常。

例14 涡街流量计的增量验证法

涡街流量计用于测量蒸汽流量的实例不胜枚举。流量计投入使用后，往往因为实际流量太小，流体流速太低而无旋涡产生。或虽有旋涡产生，但因流量低于最小可测量而被当作小信号予以切除^[16，17]。这时，验收人员往往对流量计是否能正常工作表示担心。于是，仪表人员往往在流量计下游找一个蒸汽排放口，打开阀门，使得流过流量计的蒸汽流量有一个幅值足够大的增量，从而使流量计有一个相应的示值。

总之，对流量测量系统示值准确性进行现场验证是一项十分细致的工作。它是用系统的方法对已经装设的流量测量系统是否准确可靠并满足使用要求进行的验证。在设计条件确定、仪表选型及工程设计、仪表制造及安装、开表投运和系统调试中的每一个环节，都会导致合格仪表得不到满意的数据。

验证的方法很多，在使用实流校验法时，应特 别注意安全。在使用有关数据进行验证时，需要细心周到，不要遗漏重要因素。丰富的生产流程知识和设备方面的知识有助于顺利地完成验证任务。

交工验收的实践表明，供应商或承包商在承担交钥匙工程时，如果必须对流量测量系统能够达到的准确度做承诺，适宜的做法是分段承诺，即开表后流量值落在自控条件表所提范围之内，则仪表测量系统能够达到较高准确度；如果超出自控条件表所提范围，则承诺的准确度相应降低，以免交工验收时发生不愉快的事情。