水與廢水 | 大口徑流量計采用體積流量測量方式

在大型配水管網中，使用口徑超過48英寸的流量計對巨大水量進行測量。這種大尺寸會造成一個影響，就是哪怕最小的誤差也會被放大。因為幾乎沒有合適的設施能容納這些大口徑的流量計，所以很難對它們作校準。

認證

確保測量準確的最佳方法之一，是在經認證的校準臺上校準主測量裝置。認證是為判斷該校準裝置是否符合認可的行業標準而進行的獨立評估。校準臺的準確性只能夠由公認的機構來驗證，以確保合規性。

每個國家都有負責認證校準設施的專門機構。以美國為例，大多數人都以為是由國家標準與技術研究所（NIST）來認證校準設施。但實際上，NIST并不直接認證校準設施，而是監督國家實驗室自愿認證計劃（NVLAP），該計劃為測試和校準實驗室提供第三方認證。

NVLAP認可實驗室是根據國際標準ISO/IEC 17025：2005中公布的管理和技術要求來進行評估的。雖然要求校準設施必須通過ISO/IEC 17025：2005認證，但是此要求只能證明實驗室和相關人員具備足夠的能力，實際上并未認證校準臺本身。

實踐中，是根據所在地由特定國家的計量組織來對校準臺進行認證的。這些設立在許多國家的認證機構由權威機構來監管。國際實驗室認可合作組織（ILAC）由國際上的實驗室和檢驗認證機構合作構成。

ILAC成立于30多年前，其中的每個成員組織都要經過同行評估，以確保產品和服務的一致性，支持國際貿易。例如，英國認證服務機構（UKAS）與瑞士認證機構（SAS）彼此地位相當，作用相似，二者都類似于美國實驗室認證協會（A2LA）和荷蘭的Raad Voor認證機構（RVA）。

那么流量計用戶如何知道他們的測量設備是否已經在認證的校準設施上校準到規定的精度？用戶可以通過查看流量計制造商的校準設施認證組織，來檢查制造商是否注冊為ILAC的成員，從而予以判斷。此外，用戶還必須確認現有哪些尺寸型號儀表已經通過了認證。

流量計的校準

本文討論的校準方法將僅限于標準儀表法或直接體積比較法。

一，標準儀表法

標準儀表是一種用作校準裝置的系統，其測量性能已經得到公認標準的證明。通常，這些儀表都非常準確、穩定，但是仍然必須對它們進行驗證和定期重新校準，以確保其性能一直保持有效。

校準臺上的Altometer流量計。

使用標準儀表法的校準臺可以實現精確的校準。然而，這種方法的不確定性較大。校準裝置的任何不確定度都包括在校準的總不確定度中。此外，為了確保結果真實有效，標準儀表的尺寸應與被測儀表相當。例如，如果使用42英寸的標準儀表去校準84英寸的流量計，那么就不能達到校準所需的足夠大的容量或流速。

二，直接體積比較法

還有一種最常用的校準方法是直接體積比較法?？梢允褂眯蕛x、校準塔或校驗罐等裝置來完成。該方法主要包括以下三個步驟，首先使已知體積的液體流過儀表，然后記錄儀表的輸出（通常為每體積計數的脈沖），最后將輸出值與校準所用腔室的已知體積進行比較。

標準儀表校準裝置的框圖。

在校準儀上，使用高精度開關來對液流計時。當活塞或球體通過第一個開關時，開關立即被激活，當活塞經過第二個高精度開關時，第二個開關即刻被激活。將儀表流量的測量值與校準儀內腔的已知體積進行比較，并計算出儀表因子或校準因子。這種校準方法得到了業界的認可和廣泛的應用。必須每年對這些校準儀本身進行校正（抽水）。因為校準儀的內腔體積是經過直接驗證的，所以它的不確定度通常低于標準儀表的不確定度。

本文討論的另一種直接體積法是采用校準塔或校準箱進行校正。應用該方法時，通?？梢允褂酶罅康囊后w來校準，但是同時也可以按比例縮小，使用極少量的液體來對小口徑流量計進行校準。

活塞校準儀的框圖

類似于活塞校準儀，該方法也采用高精度開關來識別罐或塔中的兩個水平點之間的精確已知的體積和流動時間。 將該體積與來自正被校準的流量計的總報告體積進行比較，并且確定儀表因數或校準因子。罐校準使用相同的方法，但是在填充罐而不是排空罐時記錄開關之間的測量。

像Krohne這樣的制造商，擁有高144英尺（44米）高、直徑13英尺（4米）的大型校準塔，能夠對大口徑流量計進行直接體積校準。在校準期間，水流以130,000加侖/分鐘（gpm）（1/2百萬升）的流量持續數分鐘地流過這些校準塔。

校準塔或校驗罐的框圖。

為什么校準對于設計工程師或最終用戶很重要？簡而言之，準確度等于金錢。下面我們將分析大口徑電磁流量計。

電磁流量計實際上是一種流速測量裝置，因為它測量的是導電流體通過磁場時的速度。當被測流體流經該磁場時，在儀表的兩個電極之間形成與流體的流速大小成比例的感應電壓。用流體的流速乘以測量截面的橫截面積即可確定體積流量。大多數情況下，對于大口徑流量計而言，其尺寸選擇的依據是確保它們在任何場合下都能以每秒3~10英尺（fps）或每秒1~3米之間的流速工作。

電磁流量計的精度通常表示為測量值或流量的函數。例如，用標定精度為0.5％的小型流量計測量流速為200gpm的流體時，合理的預期值在1加侖內。然而，用具有相同標定精度的大口徑流量計測量流速為每天1億加侖流速（mgd）的流體時，預期值在0.5mgd或34,700加侖內。

對于較小口徑的測量儀，可以在預期的最大流速下輕松完成校準，因此在整個性能范圍內的測量都具有高可信度。

如果選用大口徑流量計測量6至10 fps之間的流速，那么應該使用能夠達到這種流速的流量校準臺來對該流量計進行校準。但是，如果只能在該流速范圍的10%或20%的范圍內對流量計進行校準，那么您是否依然對流量計的性能深信不疑呢？

我們不妨來分析一個口徑為72英寸的流量計，其最大流量為125mgd或86,800gpm，相當于6.8 fps的流速。這一數據聽起來不像是無法校準的不合理流速，但是大多數電磁流量計制造商都無法在校準這種尺寸的流量計時達到或接近該流速。

為了能夠出具業界認可的校準證書，每個流量計制造商的校準臺都應該由認可的機構予以認證。 認證證書將列出校準臺的總體積和尺寸。 該證書還列出了經過校驗的校準臺不確定度。

表1. 對于口徑為72英寸的流量計，制造商能夠達到的最大校準流量。

本文對幾家大口徑流量計制造商公布的一些認證證書予以簡要總結，并將總結內容列于表1中。它們顯示了在校準大口徑流量計時可達到的流速。 這些數據基于口徑為72英寸的流量計。

表2.制造商經過認證的最大流量計尺寸和流速。

表2顯示了每個制造商經校準認證的最大口徑流量計，以及對應的認證流速。該表中最右側的一列顯示了每個制造商在校準其最大口徑儀表時能達到的流量，以及可用于校準的認可流速。

測量不確定度

在審查校準設施的認證證書時，還需要考慮一些其他的重要系數，那就是每個校準臺的組合測量能力（CMC）或最佳測量能力（BMC）。CMC或BMC是某些不確定度的百分比，在這些不確定度條件下，測量值的可信度達95％。這是一個統計測量值，它表明，超過95％的情況下，校準的精度都在CMC或BMC欄中列出的認證精度范圍內。

表3.公布的校準臺認證CMC / BMC系數。

有趣的是，表3中的數據說明不同設備的CMC或者BMC差異巨大。不能忽視對校準流量計時所用校準臺的認證。如果經認證確認校準臺的精度比被校驗流量計的目標精度高一個數量級，那么可以認為流量計性能的可信度更高。

結論

當選擇大口徑流量計時，用戶還應考慮校準設施。 該設施的認證應該證明流量計經過了驗證和校準，當將其安裝在符合推薦的上游和下游直線管道中時，該流量計能夠在整個流量測量范圍內正常工作，并且工作性能非?？煽?。