JJF(冀) 196-2021 DN1000～DN2000液體超聲

1、 JJF(冀) 1962021DN1000DN2000液體超聲流量計在線校準規(guī)范Calibration Specification forDN1000DN2000 Online Liquid Ultrasonic Flowmeter2021-09-13發(fā)布2021-12-01實施發(fā)布 JJF（冀） 1962021DN1000DN2000液體超聲流量計在線校準規(guī)范JJF（冀）1962021Calibration Specification forDN1000DN2000 Online Liquid Ultrasonic Flowmeter JJF（冀） 1962021 JJF（冀） 196202

2、1目 錄引言.（）1范圍.（1）2引用文件.（1）3術(shù)語和計量單位.（1）3.1 術(shù)語.（1）3.2 計量單位.（1）4概述.（2）4.1 工作原理.（2）4.2 結(jié)構(gòu)和用途.（3）5計量特性.（3）5.1 超聲流量計計量性能指標 .（3）6校準條件.（3）6.1 環(huán)境條件.（3）6.2 超聲流量計現(xiàn)場安裝條件要求.（3）6.3 標準器現(xiàn)場安裝條件要求 .（4）6.4 使用的標準器及配套設(shè)備 .（4）6.5 校準介質(zhì).（4）7校準項目和校準方法.（4）7.1 校準項目.（5）7.2 校準方法.（5）8校準結(jié)果.（7）8.1 校準結(jié)果的內(nèi)容.（7）8.2 相對示值誤差.（7）8.3 重復性.（7

3、）8.4 流量計系數(shù)修正.（8）8.5 最大允許誤差限.（8）9校準結(jié)果表達.（8）10復校時間間隔.（8）附錄A校準原始記錄參考格式 .（9）附錄B校準證書（內(nèi)頁）參考格式 .（10）附錄C超聲流量計在線校準結(jié)果的不確定度評定(示例) .（11）附錄D校準數(shù)據(jù)的驗證 .（14）I JJF（冀） 1962021引 言本規(guī)范依據(jù)JJF1071-2010國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則的規(guī)定，結(jié)合國內(nèi)大口徑接觸式超聲流量計的在線校準現(xiàn)狀，參考 JJG1030-2007超聲流量計檢定規(guī)程和 JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示等進行制定。本規(guī)范所用術(shù)語，除在本規(guī)范中專門定義的外，均采用 JJF

4、 1001-2011通用計量術(shù)語及定義和JJF 1004-2004流量計量名詞術(shù)語及定義。本規(guī)范是首次制定。 JJF（冀） 1962021DN1000DN2000液體超聲流量計在線校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于以時間差法為原理的口徑為 DN1000DN2000，安裝于封閉管道條件下、液體介質(zhì)、流速在(0.35)m/s的超聲流量計,采用在線測量標準在線實流的校準。本規(guī)范不適用于非接觸外夾式超聲流量計。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件：JJG 1030超聲流量計JJF 1004-2004流量計量名詞術(shù)語及定義JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示JJF 1358-2012非實流法校準DN1

5、000DN15000液體超聲流量計校準規(guī)范凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本規(guī)范。3術(shù)語和計量單位3.1術(shù)語3.1.1在線實流校準 Online Practical calibration在超聲流量計在線條件下的一組操作，確定由測量標準測量的量值與超聲流量計測得量值之間的關(guān)系，用此信息確定與示值測量結(jié)果間的關(guān)系，這里測量標準提供的量值與超聲流量計顯示示值都具有測量不確定度。3.1.2流量計系數(shù) meter factor對超聲流量計進行實流校準，并按測量結(jié)果對超聲流量計示值進行修正的系數(shù)。3.2計量單位體積單位：立方米

6、，符號m3。流量單位：立方米每小時，符號m3/h。壓力單位：千帕或兆帕，符號kPa或MPa。溫度單位：攝氏度，符號。時間單位：小時，符號h；分鐘，符號min；秒，符號s。1 JJF（冀） 19620214概述4.1工作原理超聲波在流動的液體中傳播時，可以載上液體流速的信息，通過接收穿過液體的超聲波有關(guān)信息就可以檢測出液體的速度。超聲流量計對信號的發(fā)生、傳播及檢測有各種不同的方法，構(gòu)成了依賴不同原理的超聲波流量計，大致可分為傳播速度差法（時差法、相位差法、頻差法）、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、旋渦法、相關(guān)法、流速液面法。時差法：利用超聲波在液體中的傳播特性測量流量，測量其順流傳播時間和逆流傳播

7、時間的差值，從而計算出液體流動的線平均速度。圖1通用示意圖通常認為聲波在液體中的實際傳播速度是由介質(zhì)靜止狀態(tài)下聲波的傳播速度（ f）和液體軸向平均流速（）在聲波傳播方向上的分量組成。按圖1所示，順流和逆流傳播時間與各量之間的關(guān)系是：= (= (（1）+cos )cos )式中：tup超聲波在液體中逆流傳播的時間；down超聲波在液體中順流傳播的時間；L 聲道長度；f超聲波在液體中傳播的速度；vm 液體的軸向平均流速；v 聲道角?？衫檬剑?）的兩個公式得出液體流速的表達式：2 JJF（冀） 1962021L11vm 2cos tdown t（2）up也可以用相似的方法獲得聲波的傳播速度：cf

8、L 1 t1（3）2 tdownup將測得的多個聲道的液體流速vi,i 1,2,k；利用數(shù)學的函數(shù)關(guān)系聯(lián)合起來，可得到管道平均流速的估計值v，乘以過流面積A，即可得到體積流量qv，qv Av（4）其中：f v , ,vv （5）1k式中：k 聲道數(shù)。4.2結(jié)構(gòu)和用途流量計主要由流量計表體、超聲換能器及其安裝部件、信號處理單元和（或）流量計算機組成。對于現(xiàn)場接觸式流量計，安裝換能器的管道可做表體使用，接觸式流量計的換能器直接與被測流體接觸。流量計算機是一種顯示、記錄方式作為計量、控制等主要目的使用，其余顯示、記錄應作為監(jiān)視等非主要用途使用。5計量特性5.1超聲流量計計量性能指標表1超聲流量計計量

9、性能指標最大允許誤差限重復性限0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 4.0% 5.0%0.1%0.2%0.3%0.4%0.8%1.0%流速范圍(0.35)m/s注：以上指標不作為合格性判據(jù)，僅為使用中所參考。6校準條件6.1環(huán)境條件6.1.1大氣環(huán)境條件一般應滿足：環(huán)境溫度：（-545）；相對濕度：15%85%；大氣壓力：（86106）kPa。6.1.2外界磁場應小到對流量計的影響可忽略不計。3 JJF（冀） 19620216.1.3機械振動環(huán)境和噪聲應小到對流量計的影響可忽略不計。6.2超聲流量計現(xiàn)場安裝條件要求6.2.1前后直管段長度滿足使用要求。6.2.2流量計與安裝管段同心。6.2.

10、3管道截面參數(shù)確定，參數(shù)設(shè)置正確。6.3標準器現(xiàn)場安裝條件要求6.3.1根據(jù)現(xiàn)場條件，合理的選擇標準器的類型。標準器能正常工作，不影響超聲流量計正常工作。6.3.2標準器需要的前后直管段長度滿足使用要求。6.3.3與超聲流量計之間為同一段管路，不應存在分流，二者安裝距離以測量時不互相干擾為宜。6.3.4液體應充滿管路。6.3.5標準器測量數(shù)據(jù)和安裝條件等信息設(shè)置應與實際的管路材質(zhì)等信息一致，包括內(nèi)襯、材料、管壁厚度等。6.4使用的標準器及配套設(shè)備6.4.1標準器及配套設(shè)備均應有有效的檢定或校準證書，測量流量的標準器應定期與水流量標準裝置進行比對，做穩(wěn)定性試驗和期間核查，應進行相同管徑或相似流量

11、的檢定或校準，其安裝、使用應符合相應檢定規(guī)程、技術(shù)規(guī)范或使用說明書的要求。6.4.2標準器流量標準裝置整體測量結(jié)果的擴展不確定度 /準確度等級/最大允許誤差一般應不大于超聲流量計最大允許誤差絕對值的1/3。標準器的測量范圍應覆蓋被校準流量計的正常工作范圍，一般情況下采用滿足計量性能的插入式流量計（超聲流量計、電磁流量計等）或外夾式超聲流量計及可移動式流量標準裝置。測厚儀、溫度計、鋼卷尺等配套標準設(shè)備的計量性能不降低標準器測量參數(shù)的計量性能，測量誤差對校準結(jié)果造成的影響分別應在超聲流量計最大允許誤差的 1/5以內(nèi)且滿足使用要求。6.5校準介質(zhì)6.5.1介質(zhì)溫度：（0100）。6.5.2單相流體，

12、要求流體充滿管路，其流動應無旋渦。4 JJF（冀） 19620216.5.3液體應無可見顆粒、纖維等物質(zhì)。液體在管道系統(tǒng)和超聲流量計內(nèi)任一點上的壓力應高于其飽和蒸氣壓，對于易氣化的液體，流量計的下游應有一定的背壓，在每個流量點的校準過程中，液體溫度變化應不超過0.5。7校準項目和校準方法7.1校準項目流量計系數(shù)、示值誤差、重復性、線性度、測量結(jié)果不確定度。7.2校準方法7.2.1標準器現(xiàn)場安裝位置確定首先根據(jù)超聲流量計現(xiàn)場安裝技術(shù)要求進行檢查，檢查結(jié)果應符合6.2條的要求，否則不滿足校準條件。流量標準裝置的標準器一般安裝在超聲流量計上游直管側(cè)或下游直管側(cè)，具體安裝條件可根據(jù)標準器的使用要求和現(xiàn)

13、場條件進行調(diào)整（一般上游直管段大于10D；下游直管段大于5D；當上游有泵、閥門等阻件時，直管段長度至少還要延長3倍5倍)。標準器的安裝應科學合理，在線校準安裝示意圖如圖2所示。水流閥門F超聲流量計水泵標準器圖2在線校準安裝示意圖確保超聲流量計與標準器周圍環(huán)境沒有強磁、強振動及噪聲影響。觀察標準器和超聲流量計運行是否正常。7.2.2標準器在線安裝地點的選取應符合6.3條的要求，選取現(xiàn)場安裝標準器的合適地點。7.2.3根據(jù)選取的標準器類型按 7.2.4條7.2.7條正確安裝標準器，必要時帶壓打孔安裝。7.2.4管徑測量用量具分別在換能器安裝位置附近的同一截面上大致等角分布測量n次外直徑，或測量n次

14、外周長推算出外直徑，其平均值D按式（1）計算。nDiD i1n（6）5 JJF（冀） 1962021式中：n 測量次數(shù)，n4；Di 第i次測得的管道外直徑或推算出的外直徑。7.2.5壁厚測量在換能器安裝位置均布5個點，使用測厚儀測量管道壁厚，并取其平均值。7.2.6其他參數(shù)的確定對無法測量的參數(shù)，如管道材質(zhì)、襯里材料、厚度等，根據(jù)技術(shù)資料現(xiàn)場查明確認。7.2.7標準器的安裝a)若標準器為外夾式超聲流量計，根據(jù)換能器的數(shù)目分為單聲道流量計、多聲道流量計。換能器安裝方式通常有 Z法、V法。對現(xiàn)場管路進行處理，使其達到測量條件要求；對測量需要的參數(shù)數(shù)據(jù)進行測量，將以上測得管道參數(shù)輸入超聲流量計計算機

15、內(nèi)，可得出換能器安裝距離 L。清理已定安裝位置的管壁，將管壁上的污垢清除干凈，根據(jù)安裝距離進行準確安裝，安裝好后對安裝結(jié)果進行評估，復核安裝參數(shù)。b)若標準器為插入式流量計，應在保障安全的前提下選擇合適的位置進行帶壓打孔作業(yè)，插入流量計傳感器的安裝數(shù)據(jù)應準確，安裝的標準器應不影響超聲流量計的正常工作。c)若標準器為移動式流量標準裝置，對于要求計量準確度高且閉環(huán)工作的管路，可以優(yōu)先選擇使用移動式流量標準裝置法（質(zhì)量法或容積法），配備相應的軟管，安裝后應保證無泄漏。7.2.8正確設(shè)置標準器參數(shù)，使標準器正常工作。7.2.9校準流量點的選擇及校準次數(shù)首先應對超聲流量計的零點進行檢查，確定超聲流量計零

16、點無偏差后，根據(jù)現(xiàn)場情況確定校準流量點，由于現(xiàn)場不能在根據(jù)超聲流量計的流量范圍自由調(diào)控流量點，一般選取現(xiàn)場可調(diào)流量點的上、下限進行校準，每個流量點校準次數(shù)般不少于3次?？刹捎美鄯e流量或瞬時流量兩種方法進行校準。超聲流量計應在可達到的最大校準流量的70%100%范圍內(nèi)運行，至少5min，等液體溫度、壓力和流量穩(wěn)定后方可進行正式校準。采用瞬時流量時，則至少分別讀取20個數(shù)值，讀數(shù)間隔不小于10s，取其平均值。瞬時流量標準值為標準裝置在校準時間范圍內(nèi)所讀取全部數(shù)據(jù)的平均值。采用累積流量校準時 ,應同步采集對超聲流量計與標準器的起始值、終止值，累積值則應保證大于最小讀數(shù)6 JJF（冀） 1962021

17、的 1000倍且不少于校準流量下 5分鐘對應的體積，超聲流量計如果顯示分辨力不足，則應按使用說明書進行調(diào)整，使其有足夠顯示位數(shù)。7.2.10標準器示值的修正對于需要修正標準器示值的情況，應對根據(jù)標準器校準過程中采集到平均瞬時流量或累積流量進行修正，修正系數(shù)可從標準器有效期內(nèi)的證書上獲得。7.2.11超聲流量計如果具有流量計系數(shù)，現(xiàn)場可以根據(jù)校準結(jié)果對計算機內(nèi)的流量計系數(shù)進行調(diào)整，調(diào)整后需再次校準，并計算新的示值誤差和重復性作為校準結(jié)果。8校準結(jié)果8.1校準結(jié)果應給出相對示值誤差、重復性、流量計系數(shù)修正及校準結(jié)果的擴展不確定度。8.2相對示值誤差（1）超聲流量計單次校準的相對示值誤差為ij()i

18、j 100%或 ij =ij()ij 100%)ijij =（7）)ij式中：ij第i檢定點第j次校準時超聲流量計的相對示值誤差，%；ij第i檢定點第j次校準時超聲流量計的累積流量值，m；3()ij第i檢定點第j次校準時標準器換算到流量計狀態(tài)的累積流量值，m3；ij第i檢定點第j次校準時超聲流量計的瞬時流量值，可為一次檢定過程中多次讀取的瞬時流量值的平均，m/h；3( )ij第i檢定點第j次校準時標準器換算到流量計狀態(tài)的瞬時流量值，m3/h。（2）流量計第i校準點相對示值誤差按式（3）計算：i = n1 jn=1（8）ij式中：i超聲流量計第i校準點的相對示值誤差，%；n第i校準點校準次數(shù)。（

19、3）超聲流量計的相對示值誤差為:= |i max（9）式中:|i max超聲流量計各校準點相對示值誤差中最大值。7 JJF（冀） 19620218.3重復性當每個流量點重復校準n次時,該流量點的重復性按下式評定：121nj=1( ij )2()i = （10）（11）(n1)式中：Eri第i個校準點的重復性， %；超聲流量計的重復性為：r = ( ) maxEr流量計的重復性。8.4流量計系數(shù)修正超聲流量計經(jīng)校準后可按合適的方法對流量計進行系數(shù)修正，新流量計系數(shù)置入流量計后，應在校準的流量范圍內(nèi)選取至少1個流量點進行測試以確認其修正效果，并計算流量計系數(shù)調(diào)整量（F-F0）/F0及F/F0。然后

20、將舊流量計系數(shù)F0、新流量計系數(shù)F和流量計系數(shù)調(diào)整量寫在校準證書中。8.5最大允許誤差限根據(jù)需要可按5.1給出最大允許誤差限。9校準結(jié)果表達超聲流量計校準完成后，根據(jù)校準原始記錄出具校準證書，并給出校準結(jié)果的不確定度報告。校準原始記錄和校準證書格式見附錄A和附錄B，不確定度評定示例見附錄C。10復校時間間隔由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等因素所決定，因此，申請校準的單位可根據(jù)實際使用要求、質(zhì)量管理保障程度等合理決定復校時間間隔，一般建議不超過1年。更換重要部件、維修、重新安裝或?qū)x器性能有懷疑時，應隨時申請校準。8 JJF（冀） 1962021附錄A校準原始記錄

21、參考格式委托單位：單位地址：聯(lián)系人及電話：超聲流量計名稱：儀器型號：制造廠：出廠編號：其他信息：不確定度/準確度等級/最大允許誤差名稱測量范圍測量范圍溯源證書號有效期至有效期至標準器不確定度/準確度等級/溯源證書上級溯源機構(gòu)名稱名稱主要配最大允許誤差編號套設(shè)備環(huán)境溫度：濕度：%RHA.1校準結(jié)果：校準依據(jù)：校準流量點超聲流量計示值流量標準器示值修正后標準器流量相對示值相對示值誤差的不確定度Ur(k=2)流量計系重復性流量誤差數(shù)調(diào)整量（%）m3/hm3/hm3/hm3/h（%）A.2超聲流量計機內(nèi)參數(shù)：A.3超聲流量計安裝說明：聲路A.4標準器安裝說明：探頭安裝方式其他校準員：核驗員：校準日期：

22、9 JJF（冀） 1962021附錄B校準證書（內(nèi)頁）參考格式校準流量點m3/h相對示值誤差（%）重復性（%）相對示值誤差的不確定度 Ur（%）k=2注：1、校準方式：2、校準介質(zhì)：3、超聲流量計機內(nèi)參數(shù)：4、最大允許誤差限：10 JJF（冀） 1962021附錄C超聲流量計在線校準結(jié)果的不確定度評定（示例）概述校準方法：DN1000DN2000液體超聲流量計在線校準規(guī)范。標準器：標準表法水流量標準裝置。適用被校準對象：口徑為DN1000DN2000，封閉管道條件下、液體介質(zhì)、流速在(0.35)m/s的超聲流量計。C.1數(shù)學模型Q QsQs QE 100% 1 100%Qs式中:E-相對示值誤

23、差，%；Q-被校超聲流量計測得的的累積流量，m3；Qs-標準器測得的的累積流量，m；3C.2不確定度傳播律從數(shù)學模型可知，流量測量誤差不確定度與以下主要因素有關(guān)：超聲流量計測得的的累積流量、標準器測量的累積流量。E c2Qu Q）c2Qsu Qs）（2不確定度傳播律：u式中：2（）2cE 1EQs QcQ QQs2；cr(Q) 1，c (Q ) 1，cQsrsQs輸入量彼此獨立不相關(guān)，則u（c E） ur（Q）ur（Qs）。2 2 2C.3輸入量的標準不確定度評定不確定度分量包括標準器流量測量準確度引入的不確定度，超聲流量計示值分辨力引入的不確定度，示值誤差重復性引入的不確定度，管道參數(shù)測量引

24、入的不確定度等。C.3.1標準器流量測量準確度引入的相對標準不確定度分量例如，標準器的準確度等級為0.5級，Ur=0.5%，k=2則0.5%ur(Qs) 0.25%211 JJF（冀） 1962021C.3.2累積流量分辨力引入的相對標準不確定度分量C.3.2.1標準器示值分辨力引入的不確定度例如，標準器示值累積流量分辨力為0.01m，單次累積流量采集值為100 m，則3 3ur(1) 0.0029%C.3.2.2超聲流量計示值分辨力引入的不確定度例如，被校準的超聲流量計示值累積流量分辨力為0.1mu 3，單次累積流量采集值為100m3，則( ) 0.029%r 2累積流量示值分辨力引入的相對標準不確定度分量，則ur() 0.029%C.3.3校準結(jié)果相對示值誤差重復性引入的相對標準不確定度分量例如，現(xiàn)場校準連續(xù)分別采集累積流量 6次，6次校準結(jié)果得到的相對示值誤差重復性為0.25%，則 ur(rep) 0.1%C.3.4管道參數(shù)測量引入的不確定度管道內(nèi)直徑測量由周長測量及壁厚測量得到。D L 2e式中:D-管道內(nèi)徑，mm；L-管道周長，mm；e-壁厚，mm。C.3.4.1測量管道外周長L引入的不確定度例如，測量DN1000管徑管路