5月6日是5月第1个工作日的到来，上海自动化仪表有限公司AIIBS主要介绍了一种基于双计时法的标准表法水流量标准装置，该装置不仅可以用于检测需要竖直试验管段的流量计 ( 如液体浮子流量计) 、还可以用于检测低频脉冲输出的流量计 ( 如液体容积式流量计) 。此 外，装置配备高精度的电子天平用于标准表的溯源，免去大量拆装工作。
1 简要
液体浮子流量计及其它类型的液体流量计，广泛应用于流量指示和工艺控制中，其精度具有一定的要求。液体流量标准装置作为检测液体流量计精度的设备，主要有质量法、容积法和标准表法三种方法。其中标准表法对一些精度要求不高 ( 0. 5 级及以下) 的液体流量计和液体浮子流量计，具有投入低、测量范 围 广、效 率 高 的 优 点，而被广泛采用。
标准表法流量标准装置 ( 以下简称 “装置”)是以标准流量计 ( 可以是速度式流量计、容积式流量计、临界流流量计、质量流量计和热能表等)为标准器，使流体在相同时间间隔内连续通过标准流量计和被检流量计，比较两者的输出流量值，从而确定被检流量计的计量性能。标准装置主要由流体源、试验管路、标准流量计、计时器和控制系统等五部分组成［1］。
标准表法水流量标准装置经过多年的发展，已比较成熟，但是也有如下不足。 ( 1) 试验管段绝大多数都是水平管段，无法检测类似于玻璃转子流量计等需要竖直试验管段的流量计。 ( 2) 标准流量计需要从装置拆下来再安装到更高精度的质量法/容积法水流量标准装置上去溯源，拆装麻烦、工作量大。 ( 3) 对于检测低频脉冲输出的流量计 ( 特别是容积式流量计) ，检测时间长，检测效率低。
2 装置的研制
苏州市计量测试于 2015 年建成一套包含质量法、容积法和标准表法三种方法的水流量标准装置，流量范围: 1 ～ 1 000 m3 /h; 测量口径: DN 15 ～ 250 mm。相关参数及用途见表 1。
近年来，随着业务的不断发展，现有的水流量标准装置已经无法满足日常工作的需求，急需再增加一套。通过对近几年客户送检较多的流量计做统计，主要为口径从 DN 15 ～ 100 mm、准确度等级为1. 0 级及以下的液体涡轮流量计和电磁流量计，再加之液体浮子流量计的送检量不断增大，因此建立一套标准表法的水流量标准装置，比较符合现在的情况。该套装置应符合以下要求。
( 1) 具备竖直试验管段，用于检测液体浮子流量计。
( 2) 为避免标准表由于周期检校需要拆装带来的工作量和时间上的耽误，装置后端增加电子天平，用于标准表的溯源和期间核查。
( 3) 在被检表和标准表端分别设置计时器，使用双 计 时 法，用于检校低频脉冲输出的流量计。( 4) 考虑到需检测小口径 DN2 ～ DN10 的液体浮子流量计，装置测量口径为 DN2 ～ 100 mm、测量范围为 5 ～ 100 000 L /h，装置扩展不确定度 Urel应不大于 0. 25% ( k = 2) 。
根据以上要求，对该标准表法水流量标准装置进行了初步设计，如图 1 所示。
装置控制由 PLC、水泵和变频器共同实现。同 时，PLC 还承担阀门开关的控制和传感器信号的采集。电控系统软件部分分为上位机系统和下位机控制系统。上位机由采用图形化编辑语言的 LabVIEW 软件设计开发，其主要完成参数设定、数据处理、过程监控等功能。下位机由可编程逻辑控制器 PLC 实现，主要功能是电机控制、传感器信号采集、编码器输出脉冲采集、计时和阀门控制等。 3 双计时检测方法简介
3. 1 双计时法原理
流量下的示值误差［2 － 4］
同一台流量计，一般在同*量点下，示值误差认为相同，则:
由式 ( 1) 和式 ( 2) 可得:
式中: Vc 为流量计脉冲当量体积; N 为流量计脉冲数; tn 为 N 对应的测量时间; Qsc为 tn 时间内对应的标准体积。
由式 ( 3) 可知，流量计脉冲当量体积与两标准体积有关，或与两测量时间有关，称为双计时测量法。
3. 2 检测举例
检测一台准确度等级 1. 0 级、流量范围为 1 ～ 10 m3 /h、低频脉冲输出的涡轮流量计，脉冲当量体积 VC = 0. 126 8 L /P。根据涡轮流量计规程的要求［5］，“一次中流量计输出的脉冲数的测量结果由分辨率带来的相对不确定度不大于被检流量计非常大允许误差*值的 1 /10”，当检测非常小流量点 1 m3 /h 时，脉冲数应不小于 1 000 个，则每次检测所需的时间:
当每次检测所采 集 的 脉 冲 数 分 别 为 1 000、 500、300 和 132 时，所需时间和示值误差如表 2所示。
检测结果表明，在非常小流量点下，使用双计时法检测低频脉冲输出的流量计，在保证装置非常短测量时间 ( 60 s，共采集约 132 个脉冲) 的前提下，示值误差试验结果与满足规程条件 ( 456 s，共需采集 1 000 个脉冲) 相比，仍处可接受的范围( 示值误差之差非常大为 0. 25% ) ，而检测效率提高了约 7 倍。
4 装置的不确定度评定
根据 JJG 643—2003 《标准表法流量标准装置》，装置的不确定度来源主要有标准表、标准表的流量标准装置以及计时器。 4. 1 标准流量计的测量 A 类不确定度 u1本装置由 6 台标准电磁流量计组成，相关信息及参数如表 3 所示。
据表 3 参数得:
4. 2 标准表的流量标准装置的 A 类标准不确定度 u2
标准表的质量法水流量标准装置其扩展不确定度 U = 0. 05% ( k = 2) ，则:
4. 3 计时器的标准不确定度
计时器 A 类标准不确定度公式为
计时器 B 类标准不确定度公式为:
装置的非常短测量时间 tmin = 60 s，则:
被检 表 端 计 时 器: u1A = 0. 000 5% ，u1B = 0. 000 6% ;
标 准 表 端 计 时 器: u2A = 0. 0004% ，u2B = 0. 000 6% 。
4. 4 装置合成标准不确定度 uc
由于标准不确定度分量互不相关，则:
4. 5 装置扩展不确定度 Urel
5 结果：
基于双计时法的标准表法水流量标准装置是建立在连续性方程的理论基础之上，是解决被检表和标准装置不同步的一种新方案，特别适用于低频脉冲输出的流量计。在不显著加大装置扩展不确定度的前提下，缩短时间，提高效率。本装置还配备了竖直试验管段，可开展液体浮子流量计的检校工作。此外，在标准表后端增加电子天平，用于标准表的溯源和期间核查，避免经常拆装带来的麻烦，降低标准表损坏的可能性。
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