專利名稱：動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)及檢定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量計量檢定技術(shù)和儀器儀表系統(tǒng)，特別涉及計量過程中，高精度計量儀器現(xiàn)場實時向次一級計量儀器傳遞或校正計量結(jié)果的檢定系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
船舶液貨計量艙、汽車罐車、油罐等是石油和化工產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)算的主要計量器具之一，對其容量的準確快速檢定，直接關(guān)系到貿(mào)易交接雙方的經(jīng)濟利益和計量仲裁的公正和聲譽。隨著我國市場化的深入，對計量的要求也越來越高，這首先反映在(需計量的)量的增加，量的增加就必然需要對傳統(tǒng)檢定方法進行改進，以達到快速檢定和計量的目的。當然，計量的最基本要求是準確。
上述容器檢定目前采用的主要方法有兩種，幾何測量法和容量比較法。幾何測量法就是采用鋼尺和激光經(jīng)緯儀等測量工具對容器內(nèi)外進行直接測量，然后根據(jù)其形狀計算出容積表。容量比較法則是以水其他合適的液體為介質(zhì)，用標準量器與被檢量器進行比較的檢定方法。幾何測量法適合對規(guī)則形狀量器的檢定，而容量比較法則適合非規(guī)則量器和中小容量量器的檢定。
在實際的檢定中，很大一部分容器是非規(guī)則形狀的，或者由于容器內(nèi)存在各種難于幾何測量的附件而成為非規(guī)則形狀的。從檢定的準確度要求來說，非規(guī)則形狀量器需要采用容量比較法進行檢定。
現(xiàn)有技術(shù)中，容量比較法是一種直接的檢定方法。這種方法的操作過程是，先將檢定用液體加注到標準量器，然后讀取并記錄標準量器中的液體溫度、標準量器的壁溫、標準量器中的液體容量值，之后將標準量器中的液體排入被檢量器中，待標準量器中的液體排盡后，再進行下一次相同的加注排出過程。一次或幾次加注排出過程后，緊接著測量并記錄被檢量器中的液體溫度、被檢量器的壁溫、被檢量器中的液體高度等數(shù)據(jù)，如此循環(huán)直至檢定結(jié)束。這些過程只能人工手動完成。
可以看出，采用容量比較法進行容器檢定是一項很繁重和細心工作。如對一艘中型液貨船舶進行檢定，一般需要幾個月時間才能完成，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量在一萬個左右。
很顯然，容器檢定的容量比較法存在以下不足檢定時間長、工作強度大；一般在室外作業(yè)，長檢定周期中檢定環(huán)境的變化容易影響檢定的準確度；存在大量重復過程，容易出現(xiàn)錯誤。因此，現(xiàn)有技術(shù)無法解決在較短時間內(nèi)、以較小的工作強度完成容量的檢定，無法在室外惡劣多變的檢定環(huán)境中保證容器容量鑒定的準確度，也無法在人工大量重復的操作過程中避免人為錯誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)容量比較法存在的手工重復工作所帶來的各種弊端，提出一種容量檢定的動態(tài)傳遞技術(shù)，通過自動化的檢定液體加注計量手段，省去大量重復的人工操作，可有效提高檢定效率，大大降低工作強度、縮短檢定時間、保證檢定準確度。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在室外作業(yè)，長檢定周期中檢定環(huán)境的變化對檢定準確度的影響；本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是提出一種動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)，包括與被檢容器相連的液體輸送管道；尤其是所述液體輸送管道中串接有標準體積管和流量計。
本發(fā)明進一步要解決的技術(shù)問題是，在人工大量重復操作過程中難免存在錯誤。
本發(fā)明進一步所采取的技術(shù)方案是提出一種動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)，還包括與所述體積管和流量計相連的處理控制單元；所述體積管是活塞式體積管。
本發(fā)明在步驟上要解決的技術(shù)問題是，在相對漫長的計量過程中，流量計的準確度會變化或漂移，因而影響整個鑒定結(jié)果的準確度。
本發(fā)明在步驟上所采取的技術(shù)方案是一種動態(tài)傳遞型容量檢定方法，尤其是該方法包括以下步驟C、流量計計量相對平穩(wěn)段流量；體積管內(nèi)活塞觸發(fā)下游光電開關(guān)時，計算機開始對流量計脈沖計數(shù)；體積管內(nèi)活塞繼續(xù)下行到下止點，并停留在該位置；本步驟包括以下分步驟C1、設(shè)定水位限M；C2、檢測當前水位，若達到水位限M，則執(zhí)行步驟D；C3、流量計3計量流量并向檢定控制裝置41發(fā)送計量脈沖；執(zhí)行分步驟C2。
采用本發(fā)明后所能獲得的有益效果是和傳統(tǒng)的容器檢定手段相比，采用動態(tài)傳遞技術(shù)可提高工效數(shù)十倍；自動化程度高，大大降低了操作人員的勞動強度；檢定時間壓縮到傳統(tǒng)檢定方法所需時間的十分之一以內(nèi)；只需要很少的人工數(shù)據(jù)記錄，減少或消除了人為錯誤。


圖1是流量計的k系數(shù)圖；圖2是流量范圍較大時流量計的k系數(shù)圖；圖3是流量范圍較小時流量計的k系數(shù)圖；圖4是流量計的流量范圍無窮小時流量計的k系數(shù)圖；圖5是本發(fā)明動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)實現(xiàn)原理圖；圖6是船舶艙容檢定系統(tǒng)實施例圖；圖7是鐵路槽車容量檢定系統(tǒng)實施例圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的實施例。
一種動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)，包括與被檢容器相連的液體輸送管道1；尤其是所述液體輸送管道1中串接有標準體積管2和流量計3。
所述動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)還包括與所述體積管2和流量計3相連的處理控制單元4；所述體積管2可以是活塞式體積管。
所述動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)還包括串接于輸送管道1上的電動閥門5以及消氣過濾器6。所述消氣過濾器6接在體積管前。
所述處理控制單元4包括檢定控制裝置41和與之雙向連接的數(shù)據(jù)處理裝置42。
一種動態(tài)傳遞型容量檢定方法，該方法包括以下步驟C、流量計計量相對平穩(wěn)段流量；體積管內(nèi)活塞觸發(fā)下游光電開關(guān)時，計算機開始對流量計脈沖計數(shù)；體積管內(nèi)活塞繼續(xù)下行到下止點，并停留在該位置；本步驟包括以下分步驟
C1、設(shè)定水位限M；C2、檢測當前水位，若達到水位限M，則執(zhí)行步驟D；C3、流量計3計量流量并向檢定控制裝置41發(fā)送計量脈沖；執(zhí)行分步驟C2。
該檢定方法還包括以下步驟A、計量體積管開閥前準備；將體積管活塞提升到上止點，并與鏈條脫鉤。提升閥關(guān)閉，活塞靜止的停留在上游光電開關(guān)前某一位置，光柵尺檢測該位置作為活塞起始位置并記錄下來，發(fā)出開閥信號；B、計量體積管開閥并計量上升段流量；注液調(diào)節(jié)閥開啟，活塞下行，調(diào)節(jié)閥開啟完畢流速上升到最大，活塞繼續(xù)下行，觸發(fā)下游光電開關(guān)。計算機計算開閥段容積，即活塞起始位置與下游光電開關(guān)之間的容積；D、計量體積管關(guān)閥準備；此時體積管啟動提升機構(gòu)。活塞被提升上行，到達上止點后與鏈條脫鉤；脫鉤后活塞開始往下游運動，觸發(fā)上游光電開關(guān)，并給出關(guān)閥命令，計算機同時停止對流量計脈沖的計數(shù)；E、計量體積管關(guān)閥并計量下降段流量；調(diào)節(jié)閥接收關(guān)閥命令，開始關(guān)閥，活塞在關(guān)閥過程繼續(xù)下行；關(guān)閥分兩階段進行，第一階段，調(diào)節(jié)閥動作，關(guān)至設(shè)定的微小開度處，使流量變小，活塞緩慢下行；第二階段，計算機監(jiān)測本次注水量；在注水量到達預定值時，完全關(guān)閉調(diào)節(jié)閥；關(guān)閥完畢，活塞停止下行，并終止在某一位置；光柵尺檢測活塞的終止位置，并由計算機計算關(guān)閥段容積，即上游光電開關(guān)與活塞終止位置之間的容積；F、數(shù)據(jù)處理裝置計算總?cè)萘?；總?cè)萘浚介_閥段容量+平穩(wěn)段流量+關(guān)閥段容量。
實用中，容量檢定的動態(tài)傳遞技術(shù)的原理如下流量計的準確度問題。假定在流量范圍Qmin到Qmax內(nèi)，流量計的流量系數(shù)k的曲線如圖1所示，則在Qmin到Qmax的流量范圍內(nèi)，流量計的性能指標可用下式表示流量計的線性度ELEL=±kimax-kiminkimax+kimin×100%------(1)]]>式中kimax----- Qmin到Qmax的流量范圍內(nèi)各流量點k系數(shù)中的最大值kimin------Qmin到Qmax的流量范圍內(nèi)各流量點k系數(shù)中的最小值其中涉及到三個參數(shù)一是流量計的基本誤差δδ=±&Egr;s2+&Egr;L2×100%---(2)]]>式中Es用于檢定流量計的流量標準的誤差根據(jù)流量計檢定規(guī)程，若流量標準的誤差Es不超出被檢流量計基本誤差限的1/3時，可忽略Es項。在實際的應用中，流量標準的誤差都能滿足不超出被檢流量計基本誤差限的1/3的要求，此時稱流量計的線性度同基本誤差等同。
二是流量計的重復性ErEr=max[1ki1n-1ΣJ=1n(kij-ki)2×100%]---(3)]]>
式中n為第i個流量點的檢定次數(shù)kij為第i個流量點的第j次標定的流量系數(shù)ki為第i個流量點平均的流量系數(shù)三是流量計的準確度EE=max(δ,3Er)---(4)]]>流量準確度由流量計的基本誤差(一般等同于線性度)和重復性來確認，具體為取流量計的基本誤差和3倍流量計重復性指標的較大者。
提高流量計準確度。根據(jù)流量計的準確度定義，系由其線性度和重復性共同決定。而流量計的重復性是其本質(zhì)特性，一般是一個固定的值。如果我們選用或針對一種重復性指標很高的流量計，如渦輪流量計或刮板流量計，這種情況下，可以通過提高流量計的線性度的方法來提高流量計的準確度。
圖2和圖3演示了提高流量計的線性度的途徑。
對比兩圖可以看出，當流量范圍減小時，流量計k系數(shù)(kimax-kimin)也相應減小，因而由公式 計算得到的線性度指標也減小，即提高了線性度。
本發(fā)明所述的動態(tài)傳遞法，可以通過減小流量范圍，可以提高流量計的準確度。如果將流量計的流量范圍降到無窮小，即變成一個流量點時，流量計的線性度就等于零，如圖4所示。這時，由公式 計算的流量計的基本誤差δ為δ=±Es2+EL2×100%=±|Es|×100%]]>式中，Es為用于檢定流量計的流量標準的誤差。
上式說明，如果我們用一臺重復性指標很高的流量計同精密的流量標準配合，流量標準實時地對流量計進行在線標定，那么可以認為流量計的工作流量范圍為0，因此其線性度EL等于0，其基本誤差就是流量標準的基本誤差，這種提高流量計的準確度的方法稱為動態(tài)傳遞法。
上式也說明，動態(tài)傳遞法實質(zhì)上就是將流量標準的高精度傳遞給流量計。
動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)的實現(xiàn)如圖5所示。采用動態(tài)傳遞技術(shù)組成的流量計量系統(tǒng)由四部分組成，其中最關(guān)鍵的是流量標準和流量計，這幾部分分別是流量標準部分采用活塞式標準體積管，其重復性為Esr＝0.02％。
流量計部分，對流量計的要求是重復性指標高，一般可使用渦輪流量計、刮板流量計等。
處理控制部分由控制單元、電腦和軟件組成。它負責系統(tǒng)的控制、操作設(shè)定、數(shù)據(jù)處理等。
流體處理及流量控制部分8，包括液源、消氣過濾器、電動調(diào)節(jié)閥、配電單元等。
采用動態(tài)傳遞技術(shù)對容量的檢定，是按照定液位和定量方式工作的。檢定方式可以有手動和半自動兩種。進入被檢量器的液量由流量計計量，計量系統(tǒng)中的流量計在控制閥門的控制下，處于計量和停止運行的循環(huán)之中，其停止運行的條件是達到規(guī)定液位或規(guī)定的液量。在完成有關(guān)數(shù)據(jù)的采集和輸入后，流量計又進入下一個計量過程，如此周而復始直至一個被檢量器檢定結(jié)束。
在一個流量計的計量過程中，檢定介質(zhì)經(jīng)過消氣過濾器6、體積管2、流量計3、控制閥門5等進入需要檢定的被檢量器。根據(jù)程序設(shè)定的時間間隔和方式，標準體積管2定期對流量計3進行標定，每一次標定都得出該流量計當前工況的流量系數(shù)。該流量系數(shù)實時地應用于流量計當前階段的流量計算。
檢定結(jié)束后，檢定控制軟件將采集和輸入的各種數(shù)據(jù)，按照規(guī)程的要求進行處理，然后打印出高度容積表、檢定證書等。和傳統(tǒng)的利用標準量器進行檢定的方式相比，該方法可以提高工效數(shù)十倍。
動態(tài)傳遞法中，涉及流量計的測量不確定度，其分量有如下幾種流量計的測量A類標準不確定度u1，u1=1k1n-1Σj=1n(kj-k)2×100%]]>其中，n為動態(tài)傳遞實時流量點下流量標準對流量計的檢定次數(shù)kj為動態(tài)傳遞實時流量點下流量標準對流量計的第j次檢定的流量系數(shù)k=Σj=1nkjn]]>是目前流量點的k系數(shù)。
u1實際上就是流量計的重復性。
流量計不帶配套儀表一起檢定時引起的流量測量不確定度u2，動態(tài)傳遞法標定是將配套儀表一起檢定的，因此u2＝0。
流量計檢定和使用的流體條件不同時引起的流量測量不確定度u3，由于動態(tài)傳遞法是一種在線實時實液檢定，因此u3＝0。
數(shù)據(jù)采集和處理不確定度引起流量測量不確定度u4和流量標準合成不確定度u5。
可見，流量計的合成標準不確定度流量計的合成標準不確定度u為u=u12+u22+u32+u42+u52]]>由于u2＝0，u3＝0，則u=u12+u42+u5.2]]>因此，流量計的擴展不確定度U為U＝ku，按95％的置信水平，取k＝2，則U=2u12+u42+u52]]>以下為船舶艙容檢定系統(tǒng)實施例。
船舶倉容檢定系統(tǒng)圖見圖6。系統(tǒng)由液源、流量計量、檢定控制和配電等部分組成。
液源部分主要包含自吸離心泵、消氣過濾器、壓力調(diào)節(jié)閥、管道和附件等。
自吸離心泵用于水的抽取，為計量系統(tǒng)供給檢定介質(zhì)。消氣過濾器的作用是保證供水的含氣、含雜滿足體積管和流量計的運行要求及容器檢定的要求。壓力調(diào)節(jié)閥負責整個系統(tǒng)壓力控制的執(zhí)行，當系統(tǒng)出口的流量控制閥關(guān)閉時，壓力調(diào)節(jié)閥一般處在較大開度，以保證壓力的穩(wěn)定和下一次計量過程的正常開始。
流量計量部分由活塞式標準體積管、高重復精度刮板流量計、電動調(diào)節(jié)閥等組成。
刮板流量計是船艙容積檢定的容量計量工作標準，它輸出的每一個脈沖均代表一定的(水體積)量，因此，只要將切換裝置導向船艙期間的流量計脈沖數(shù)累積起來，就能計算出進入船艙的水量。刮板流量計輸出的每一個脈沖所代表的量稱為脈沖當量系數(shù)，或叫流量計的k系數(shù)，其值通過標準體積管對刮板流量計的檢定來確定。
因為流量計的k系數(shù)確認過程中，體積管和流量計處于同一個工況，即相同介質(zhì)、相同溫度和壓力、相同流量，因此，體積管能將其高準確度傳遞給刮板流量計。
檢定控制部分由檢定控制單元、電腦和軟件組成。它負責系統(tǒng)的控制、操作設(shè)定、數(shù)據(jù)處理等。
配電單元向各部分用電設(shè)備供電，同時也是水泵的操作和保護單元。系統(tǒng)中，除水泵為380Vac供電外，其他儀表和設(shè)備的供電壓為220Vac或直流。
為了消除調(diào)節(jié)閥開啟和關(guān)閉的過程中產(chǎn)生的流量誤差，本系統(tǒng)采用體積管對調(diào)節(jié)閥開啟和關(guān)閉的過程做同步計量，本發(fā)明的關(guān)鍵步驟如下開閥前準備。將體積管活塞提升到上止點，并與鏈條脫鉤。提升閥關(guān)閉，活塞靜止的停留在上游光電開關(guān)前某一位置，光柵尺檢測該位置作為活塞起始位置并記錄下來，發(fā)出開閥信號；開閥過程。注液調(diào)節(jié)閥開啟，活塞下行，調(diào)節(jié)閥開啟完畢流速上升到最大，活塞繼續(xù)下行，觸發(fā)下游光電開關(guān)。計算機計算開閥段容積(活塞起始位置與下游光電開關(guān)之間的容積)。
流量計計數(shù)。觸發(fā)下游光電開關(guān)時，計算機開始對流量計脈沖計數(shù)。體積管內(nèi)活塞繼續(xù)下行到下止點，并停留在該位置，等待關(guān)閥前準備命令。
關(guān)閥前準備。當流量計計數(shù)到達預定提前量時，進入關(guān)閥前準備。此時體積管啟動提升機構(gòu)。活塞被提升上行，到達上止點后與鏈條脫鉤。脫鉤后活塞開始往下游運動，觸發(fā)上游光電開關(guān)，并給出關(guān)閥命令，計算機同時停止對流量計脈沖的計數(shù)。
關(guān)閥。調(diào)節(jié)閥接收關(guān)閥命令，開始關(guān)閥?；钊陉P(guān)閥過程繼續(xù)下行。關(guān)閥分兩階段進行。第一階段，調(diào)節(jié)閥動作，關(guān)至設(shè)定的微小開度處，使流量變小，活塞緩慢下行。第二階段，計算機監(jiān)測本次注水量。在注水量到達預定值時，完全關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。關(guān)閥完畢，活塞停止下行，并終止在某一位置上。光柵尺檢測活塞的終止位置，并由計算機計算關(guān)閥段容積(上游光電開關(guān)與活塞終止位置之間的容積)。
注水容積計算。注水容積＝開閥段容積+流量計累積容積+關(guān)閥段容積鐵路槽車容量檢定系統(tǒng)實施例見圖7。系統(tǒng)的組成和關(guān)鍵操作步驟基本相同，但針對的是鐵路槽車的檢定。
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)，包括與被檢容器相連的液體輸送管道(1)；其特征在于所述液體輸送管道(1)中串接有標準體積管(2)和流量計(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢定系統(tǒng)，其特征在于還包括與所述體積管(2)和流量計(3)相連的處理控制單元(4)；所述體積管(2)是活塞式體積管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢定系統(tǒng)，其特征在于還包括串接于輸送管道(1)上的電動閥門(5)以及消氣過濾器(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的檢定系統(tǒng)，其特征在于所述處理控制單元(4)包括檢定控制裝置(41)和與之雙向連接的數(shù)據(jù)處理裝置(42)。
5.一種動態(tài)傳遞型容量檢定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟C、流量計計量相對平穩(wěn)段流量；體積管內(nèi)活塞觸發(fā)下游光電開關(guān)時，計算機開始對流量計脈沖計數(shù)；體積管內(nèi)活塞繼續(xù)下行到下止點，并停留在該位置；本步驟包括以下分步驟C1、設(shè)定水位限M；C2、檢測當前水位，若達到水位限M，則執(zhí)行步驟D；C3、流量計(3)計量流量并向檢定控制裝置(41)發(fā)送計量脈沖；執(zhí)行分步驟C2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢定方法，其特征在于該方法還包括以下步驟A、計量體積管開閥前準備；將體積管活塞提升到上止點，并與鏈條脫鉤。提升閥關(guān)閉，活塞靜止的停留在上游光電開關(guān)前某一位置，光柵尺檢測該位置作為活塞起始位置并記錄下來，發(fā)出開閥信號；B、計量體積管開閥并計量上升段流量；注液調(diào)節(jié)閥開啟，活塞下行，調(diào)節(jié)閥開啟完畢流速上升到最大，活塞繼續(xù)下行，觸發(fā)下游光電開關(guān)。計算機計算開閥段容積，即活塞起始位置與下游光電開關(guān)之間的容積；D、計量體積管關(guān)閥準備；此時體積管啟動提升機構(gòu)?；钊惶嵘闲?，到達上止點后與鏈條脫鉤；脫鉤后活塞開始往下游運動，觸發(fā)上游光電開關(guān)，并給出關(guān)閥命令，計算機同時停止對流量計脈沖的計數(shù)；E、計量體積管關(guān)閥并計量下降段流量；調(diào)節(jié)閥接收關(guān)閥命令，開始關(guān)閥，活塞在關(guān)閥過程繼續(xù)下行；關(guān)閥分兩階段進行，第一階段，調(diào)節(jié)閥動作，關(guān)至設(shè)定的微小開度處，使流量變小，活塞緩慢下行；第二階段，計算機監(jiān)測本次注水量；在注水量到達預定值時，完全關(guān)閉調(diào)節(jié)閥；關(guān)閥完畢，活塞停止下行，并終止在某一位置；光柵尺檢測活塞的終止位置，并由計算機計算關(guān)閥段容積，即上游光電開關(guān)與活塞終止位置之間的容積；F、數(shù)據(jù)處理裝置計算總?cè)萘?；總?cè)萘浚介_閥段容量+平穩(wěn)段流量+關(guān)閥段容量。
全文摘要
一種動態(tài)傳遞型容量檢定系統(tǒng)，包括與被檢容器相連的液體輸送管道(1)；尤其是所述液體輸送管道(1)中串接有標準體積管(2)和流量計(3)。一種動態(tài)傳遞型容量檢定方法，尤其是該方法包括以下步驟C、流量計計量相對平穩(wěn)段流量；體積管內(nèi)活塞觸發(fā)下游光電開關(guān)時，計算機開始對流量計脈沖計數(shù)；體積管內(nèi)活塞繼續(xù)下行到下止點，并停留在該位置；本步驟包括C1、設(shè)定水位限M；C2、檢測當前水位，若達到水位限M，則執(zhí)行步驟D；C3、流量計(3)計量流量并向檢定控制裝置(41)發(fā)送計量脈沖；執(zhí)行分步驟C2。本發(fā)明通過自動化的檢定液體加注計量手段，省去大量重復的人工操作，可有效提高檢定效率，大大降低工作強度、縮短檢定時間、保證檢定準確度。
文檔編號G01F17/00GK1752722SQ20041005158
公開日2006年3月29日 申請日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者肖聰 申請人:深圳市建恒工業(yè)自控系統(tǒng)有限公司