【導(dǎo)讀】：文章簡要介紹超聲波流量計使用中檢驗(yàn)幾項(xiàng)考核指標(biāo)，對GB/T30500—2014《氣體超聲波流量計使用中檢驗(yàn)聲速檢驗(yàn)法》中的聲速偏差與實(shí)流檢定關(guān)系進(jìn)行初步解讀。......

　　摘要:文章簡要介紹超聲波流量計使用中檢驗(yàn)幾項(xiàng)考核指標(biāo)，對GB/T305002014《氣體超聲波流量計使用中檢驗(yàn)聲速檢驗(yàn)法》中的聲速偏差與實(shí)流檢定關(guān)系進(jìn)行初步解讀。分別選取使用中檢驗(yàn)連續(xù)6年(法定非常長檢驗(yàn)周期)合格、檢驗(yàn)流態(tài)不合格、流量計信號質(zhì)量不合格、聲速偏差不合格的流量計，對其后續(xù)實(shí)流檢定(必要時附加聲速核查)結(jié)果進(jìn)行跟蹤，分析使用中檢驗(yàn)各項(xiàng)考核指標(biāo)與流量計計量性能的關(guān)系，并進(jìn)一步分析各項(xiàng)指標(biāo)不合格時的可能原因，并盡可能的給出排查建議，期望使用中檢驗(yàn)結(jié)果分析為超聲波流量計現(xiàn)場使用提供參考。

　　JJG10302007《超聲波流量計》中規(guī)定，超聲波流量計檢定周期一般不超過2年。對插人式流量計，如流量計具有自診斷功能，且能夠保留報警記錄，也可每6年檢定一次并每年在使用現(xiàn)場進(jìn)行使用中檢驗(yàn)。GB/T305002014《氣體超聲波流量計使用中檢驗(yàn)聲速檢驗(yàn)法》對流量計使用中檢驗(yàn)聲速偏差、非常大聲速差和重復(fù)性等測量結(jié)果處理方法進(jìn)行了具體規(guī)范。本文將針對流量計使用中檢驗(yàn)的幾項(xiàng)重點(diǎn)參數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果，跟蹤流量計實(shí)流檢定結(jié)果，分析及驗(yàn)證使用中檢驗(yàn)各種結(jié)果代表的意義，特別對指標(biāo)不合格進(jìn)行可能原因分析，為現(xiàn)場計量工作提供借鑒參考。

　　1流量計使用中檢驗(yàn)主要考核指標(biāo)

　　超聲波流量計使用中的檢驗(yàn)用于在實(shí)流裝置上檢定完成后，在檢定周期內(nèi)對流量計計量性能可靠性的檢查，其主要評判指標(biāo)如下。

　　1.1信號檢查

　　JJG10302007《超聲波流量計》規(guī)定，使用中檢驗(yàn)應(yīng)對流量計進(jìn)行信號檢查，信號檢查指標(biāo)包括:增益、通道質(zhì)量、信噪比。

　　(1)增益指要對接收到的信號增強(qiáng)多少，才能達(dá)到需要的振幅強(qiáng)度。如果信號強(qiáng)度衰減，則增益加強(qiáng)。對超聲波流量計而言，如果增益超出限定值，可能原因是流體條件變化或探頭故障。

　　(2)通道質(zhì)量是從上次測試批次結(jié)束后，聲道有效計時次數(shù)在總次數(shù)中所占的比例。除了流量計探頭故障外，介質(zhì)高流速狀態(tài)下，或受到超聲噪音干擾，或流動條件變化，通道質(zhì)量均可能低于100%。

　　(3)信噪比(SIGNAL-NIOSEＲATIOA)是超聲波流量計探頭接收到的信號與噪聲比值。對一對探頭來說，信噪比是雙向的，當(dāng)信噪比低于限定值，可以通過排查上下游信噪比大小來判斷噪聲來源。上游聲道的信噪比小于下游聲道的信噪比，則噪音來自于流量計的下游。

　　1.2流態(tài)檢查

　　JJG10302007《超聲波流量計》規(guī)定，每聲道的流速值與通過流量計的平均軸向流速值之比應(yīng)在合理范圍之內(nèi)。各流量計廠家實(shí)際設(shè)計流態(tài)判別指標(biāo)較規(guī)程復(fù)雜，通常包括剖面系數(shù)、對稱性指標(biāo)等。

　　(1)剖面系數(shù)通過靠近管道中心位置的聲道流速除以靠近管道外側(cè)聲道流速計算得出，其值能夠反映流量計測得的流體流態(tài)是否為正常流態(tài)。剖面系數(shù)超出限值，可能存在流量計上下游有異物、管壁結(jié)垢嚴(yán)重影響流態(tài)，或流量計探頭臟污導(dǎo)致流速測試不準(zhǔn)確等可能性。

　　(2)對稱性指標(biāo)計算公式由流量計上部聲道測得流速除以下部聲道測得流速得出，其值能夠反映流量計測得的流體流態(tài)是否為上下對稱分布。對稱性指標(biāo)超出限值，可能存在流量計底部有積水，或流量計探頭臟污、故障等可能性。

　　1.3計量性能檢查

　　JJG10302007《超聲波流量計》規(guī)定，超聲波流量計使用中檢驗(yàn)包括標(biāo)準(zhǔn)流量計比較法和聲速檢驗(yàn)法，對聲速檢驗(yàn)法規(guī)定每個聲道的聲速值的偏差及總的聲速值與計算的聲速值偏差應(yīng)不大于流量計說明書的規(guī)定值。GB/T305002014《氣體超聲波流量計使用中檢驗(yàn)聲速檢驗(yàn)法》對聲速檢驗(yàn)法評判方法和指標(biāo)進(jìn)一步進(jìn)行了規(guī)定，使用聲速檢驗(yàn)法開展超聲波流量計使用中檢驗(yàn)時，流量計計量性能檢測指標(biāo)包括聲速偏差、非常大聲速差和測量重復(fù)性，這三項(xiàng)指標(biāo)的評判標(biāo)準(zhǔn)允許范圍分別為:0.2%、0.5m/s、0.05%。

　　1.3.1聲速偏差與非常大聲速差

　　聲速偏差是超聲波流量計各聲道測試聲速的平均值與計算聲速的相對示值誤差計算所得;非常大聲速差是各聲道測得的非常大聲速和非常小聲速之差;測量重復(fù)性是將多次測得的聲速偏差通過貝塞爾公式計算得出。

　　可以看出，聲速核查法的三個評判指標(biāo)只與計算聲速和各聲道測量聲速有關(guān)。計算聲速是與介質(zhì)的壓力、溫度和組分有關(guān)的函數(shù)［1－2］，AGAＲeportNo.10對其計算方法有詳細(xì)描述。流量計各聲道測量聲速是聲道長度、聲波在各聲道經(jīng)過介質(zhì)順流和逆流傳播的時間的函數(shù)［1－2］。

　　通過測量流體的溫度、壓力和氣體組成，利用聲速計算軟件得到工況條件下介質(zhì)中的計算聲速，與在同一條件下流量計的測量聲速進(jìn)行比較，就可以檢驗(yàn)流量計測量聲速是否準(zhǔn)確，從而對流量計測量的聲波傳播時間進(jìn)行驗(yàn)證，對流量計的計量性能進(jìn)行評價［2］。

　　1.3.2聲速偏差、非常大聲速差與實(shí)流檢定示值誤差關(guān)系超聲波流量計實(shí)流檢定通過示值誤差及重復(fù)性測試結(jié)果判定流量計是否合格。其工作原理是將規(guī)定時間內(nèi)通過被檢流量計與標(biāo)準(zhǔn)裝置的天然氣體積流量進(jìn)行比較。超聲波流量計參與體積流量計算的參數(shù)包括聲道長度、聲道夾角以及截面積，這些參數(shù)在流量計出廠時就已確定并置入，參數(shù)一旦變化就會影響流量測量結(jié)果;在流量測量過程中，需要測量的只是聲波傳播時間。聲速與流速都是通過測量聲波傳播時間得到的［2］。通過比較測量聲速和實(shí)流檢定時體積流量計算方式不難發(fā)現(xiàn)，影響計算聲速和流量的共同參數(shù)包括:各聲道聲程、聲波在各聲道經(jīng)過介質(zhì)順流傳播和逆流傳播的時間。除共同參數(shù)外，實(shí)流檢定體積流量還受流量計截面積和聲道夾角影響。

　　流量計截面積、聲道夾角和各聲道聲程作為固定值置入在流量計組態(tài)中，其實(shí)流檢定和使用中檢驗(yàn)的關(guān)鍵影響因素都是聲波傳輸時間。因此，流量計實(shí)流檢定合格后對其開展使用中檢驗(yàn)，若其檢驗(yàn)結(jié)果合格，可以認(rèn)為在其固定值參數(shù)設(shè)置正確前提下，聲波在各聲道經(jīng)過介質(zhì)順流傳播和逆流傳播的時間符合要求，可以認(rèn)定流量計計量性能穩(wěn)定，延長其檢定周期。

　　2幾種典型使用中檢驗(yàn)結(jié)果及分析

　　通過對4種檢驗(yàn)結(jié)果的跟蹤分析研究超聲波流量計使用聲速核查法開展使用中檢驗(yàn)結(jié)果與實(shí)流檢定結(jié)果關(guān)系，方案1跟蹤檢驗(yàn)連續(xù)6年使用中檢驗(yàn)合格后實(shí)流檢定結(jié)果，方案2～方案4分別檢驗(yàn)和分析使用中檢驗(yàn)的信號檢查、流態(tài)和聲速檢驗(yàn)不合格對應(yīng)的實(shí)流檢定結(jié)果。檢驗(yàn)參數(shù)為實(shí)流檢定示值誤差結(jié)果，分界流量以上示值誤差超出1%則判定流量計實(shí)流檢定不合格。

　　2.1使用中檢驗(yàn)合格的實(shí)流檢定結(jié)果

　　抽取5臺連續(xù)6年使用中檢驗(yàn)合格超聲波流量計，其檢驗(yàn)后實(shí)流檢定結(jié)果見表1。

　　從表1可以看出，5臺流量計在經(jīng)過6年連續(xù)使用中檢驗(yàn)后，實(shí)流檢定結(jié)果均在準(zhǔn)確度范圍內(nèi)。證實(shí)了使用中檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)持續(xù)合格，流量計計量性能穩(wěn)定可靠。

　　2.2流量計信號檢查不合格分析

　　本研究歷史數(shù)據(jù)中未發(fā)現(xiàn)增益等流量計信號質(zhì)量指標(biāo)不合格案例。這一情況不能證明流量計不會發(fā)生信號質(zhì)量指標(biāo)不合格，反而說明信號質(zhì)量指標(biāo)是流量計探頭健康度的重要考核指標(biāo)，當(dāng)出現(xiàn)信號質(zhì)量指標(biāo)不合格時，通常流量計在線診斷系統(tǒng)會發(fā)出報警，計量管理人員能夠及時發(fā)現(xiàn)并組織問題排查和故障處理。因此，開展使用中檢驗(yàn)時基本未遇到信號質(zhì)量檢測指標(biāo)不合格的情況。

　　2.3使用中檢驗(yàn)流態(tài)不合格的實(shí)流檢定結(jié)果

　　抽取了3臺在線檢驗(yàn)流態(tài)參數(shù)不合格的流量計，不合格原因見表2。

　　流量計6流量計8實(shí)流檢定結(jié)果見表3。

　　從表3可以看出，流量計6～流量計8流量計雖然使用中檢驗(yàn)不合格，但其后的實(shí)流檢定分界流量以上示值誤差均在1.0級準(zhǔn)確度范圍內(nèi)。使用中檢驗(yàn)的流態(tài)參數(shù)是通過超聲波流量計各聲道測得流速進(jìn)行交叉計算所得;流態(tài)參數(shù)不合格，可能原因是流量計聲道故障，也可能是流量計所處流場的流態(tài)異常，導(dǎo)致測得流態(tài)參數(shù)不合格。

　　針對流量計使用現(xiàn)場，使用中檢驗(yàn)流態(tài)參數(shù)不合格，可以結(jié)合流量計歷史流態(tài)參數(shù)記錄做出初判。(1)如果歷史流態(tài)數(shù)據(jù)正常，流態(tài)系數(shù)突然超差，有兩種可能性，如果流量計非常大聲速差也超差，探頭故障可能性較大;如果除流態(tài)指標(biāo)外其他指標(biāo)均正常，則管路內(nèi)有影響氣體流態(tài)的異物出現(xiàn)可能性較大。

　　(2)如果流態(tài)參數(shù)長期朝同一方向漸變偏離，很有可能是流量計探頭或管路內(nèi)壁油污附著逐步累積達(dá)到了一定程度，影響流量計流態(tài)的計算，建議對流量計及其上下游直管段進(jìn)行拆卸及清洗。

　　2.4在線檢驗(yàn)聲速偏差超差后的實(shí)流檢定結(jié)果選取了3臺使用中檢驗(yàn)聲速偏差超差的流量計，不合格原因見表4。

　　流量計9～流量計11實(shí)流檢定結(jié)果見表5。

　　表5中，流量計9～流量計11實(shí)流檢定示值誤差均在準(zhǔn)確度范圍內(nèi)。按前文中對聲速偏差與實(shí)流檢定結(jié)果關(guān)系分析，聲速偏差結(jié)果應(yīng)當(dāng)能夠反映流量計的計量性能，而本案例中實(shí)流檢定證明流量計計量性能完好，使用中檢驗(yàn)聲速偏差卻已超差，分析可能原因如下。

　　聲速偏差是通過流量計測量聲速與計算聲速比較得出，除了測量聲速超差外，計算聲速不準(zhǔn)確也將導(dǎo)致聲速偏差。計算聲速有介質(zhì)的溫度、壓力、氣質(zhì)組分值計算得出，如果以上參數(shù)有采集不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致計算聲速偏差較大，也將會使聲速偏差超差。

　　為了驗(yàn)證以上可能性，對流量計9～流量計11在實(shí)流檢定的安裝和配套設(shè)備條件下進(jìn)行聲速核查測試，測試結(jié)果見表6。

　　表6中流量計9～流量計11在實(shí)流檢定安裝條件下聲速核查結(jié)果在評判指標(biāo)允許范圍內(nèi)?；究梢耘袛嗔髁坑嫓y量聲速正常，推測此前使用中檢驗(yàn)聲速偏差超差是由于計算聲速不準(zhǔn)確導(dǎo)致。因此，在流量計使用中檢驗(yàn)聲速偏差超差時，建議首先排查流量計配套溫度、壓力、色譜儀工作是否正常，輸出值是否正確。

　　使用中檢驗(yàn)聲速偏差超差非常常見的原因是由于介質(zhì)溫度、壓力、氣質(zhì)組分值采集不正確導(dǎo)致的計算聲速有誤所致，但也存在測量聲速出現(xiàn)偏差的可能性。

　　(1)流量計的聲道長度、聲道夾角以及截面積等固定參數(shù)置入錯誤。流量計測量流量是聲道長度、聲道夾角、傳輸時間以及截面積綜合的函數(shù)，而測量聲速僅與聲道長度和傳輸時間有關(guān)，有可能出現(xiàn)錯誤的參數(shù)置入，使得其綜合函數(shù)測量流量符合1.0級準(zhǔn)確度要求，而僅涉及聲道長度和傳輸時間時，測量聲速將不準(zhǔn)確。如果超聲波流量計首次開展使用中檢驗(yàn)，其聲速偏差即使超差(已排除計算聲速錯誤可能性)，其后每次聲速核查聲速偏差值相對固定，則固定參數(shù)置入有誤的可能性較大。

　　(2)流量計探頭故障，傳輸時間有誤。如果流量計開展使用中檢驗(yàn)聲速偏差值始終在評判指標(biāo)允許范圍內(nèi)，某次突然聲速偏差超差，很有可能是某路探頭傳輸時間錯誤，可以結(jié)合非常大聲速差進(jìn)行排查，找到故障路探頭。

　　3結(jié)論

　　(1)天然氣超聲波流量計使用中檢驗(yàn)?zāi)軌蚍从嘲髁坑嫾捌渑涮自O(shè)備在內(nèi)的計量系統(tǒng)工作狀態(tài)，使用中檢驗(yàn)結(jié)果各項(xiàng)參數(shù)滿足要求，可以認(rèn)定流量計和其所在的計量系統(tǒng)計量性能穩(wěn)定，檢驗(yàn)合格的超聲波流量計可以按JJG10302007規(guī)定，延長流量計檢定周期。因使用中檢驗(yàn)覆蓋流量范圍有限，且與實(shí)流檢定判別方式、標(biāo)準(zhǔn)存在差異，使用中檢驗(yàn)期滿后，仍有必要開展實(shí)流檢定。

　　(2)使用中檢驗(yàn)有多項(xiàng)考核指標(biāo)，一項(xiàng)考核指標(biāo)不合格，則檢驗(yàn)結(jié)果不合格，流量計必須按原有效期進(jìn)行實(shí)流檢定。但檢驗(yàn)結(jié)果不合格不一定是流量計計量性能發(fā)生變化，應(yīng)當(dāng)利用檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析排查，使整個計量系統(tǒng)工作準(zhǔn)確可靠。

　　(3)使用中檢驗(yàn)結(jié)果顯示流量計剖面系數(shù)、對稱性等流態(tài)參數(shù)指標(biāo)超差，建議結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對計量系統(tǒng)綜合分析、排查。

　　(4)流量計通道增益值、信號質(zhì)量等參數(shù)異常，應(yīng)當(dāng)首先對計量系統(tǒng)進(jìn)行檢查，查看介質(zhì)運(yùn)行工況是否與流量計日常運(yùn)行工況存在較大差異，若介質(zhì)工況正常，則其探頭故障可能性較大，建議考慮對其進(jìn)行故障排查。

　　(5)使用中檢驗(yàn)結(jié)果顯示聲速偏差超差，首先應(yīng)對流量計配套計量器具進(jìn)行排查，查看是否由于溫度、壓力或氣質(zhì)組分計量不準(zhǔn)確導(dǎo)致計算聲速計算有誤。

　　(6)聲速偏差超差，在排除計算聲速錯誤的前提下，可以結(jié)合其他參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，若非常大聲速差同時超差，則由于探頭故障導(dǎo)致傳輸時間錯誤的可能性較大，應(yīng)對探頭進(jìn)行重點(diǎn)排查;若非常好次開展使用中檢驗(yàn)即發(fā)生聲速偏差超差，且后續(xù)聲速核查聲速偏差值始終相對穩(wěn)定，則懷疑是由于聲道長度、聲道夾角、流量計截面積等固定參數(shù)置入有誤導(dǎo)致。

　　本文對使用中檢驗(yàn)合格和幾種不合格情況的可能原因進(jìn)行了初步分析，流量計使用現(xiàn)場可能遇到的問題更為復(fù)雜，有更多可能的其他原因，不能一一涵蓋涉及，僅以本文列舉一些主要參數(shù)的常見問題案例，為初涉計量管理的人員提供一些現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和參考思路。