流量測量工具軟件的開發(fā)與應(yīng)用

流量測量工具軟件的開發(fā)與應(yīng)用概述眾所周知，流量測量與流量變送器、被測流體的物性、工作溫度、工作壓力緊密相關(guān)，呈現(xiàn)出復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，這給流量儀表的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、應(yīng)用帶來很大困難，以目前廣泛應(yīng)用的節(jié)流式流量計(jì)為例，每一臺(tái)流量計(jì)節(jié)流件的開孔徑都必須計(jì)算，而這計(jì)算是很繁瑣的，用戶對使用的流量計(jì)、二次表、特別是流量計(jì)算機(jī)的檢定因涉及復(fù)雜的計(jì)算也倍感困難，所以，國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T2624-93流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量》雖已發(fā)布多年，但貫徹情況并不理想。特別是《SY/T6143-2004用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》、《GB/T2624-2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》相繼頒布實(shí)施后，其計(jì)算更為復(fù)雜，如無相應(yīng)的技術(shù)手段以與支持，標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實(shí)施只是一句空話。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)進(jìn)入流量測量領(lǐng)域，很多復(fù)雜的、看似難以解決的問題就變得很簡單了。同樣以計(jì)算節(jié)流件的開孔徑為例，一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員計(jì)算一塊孔板需半天以上，但用計(jì)算機(jī)計(jì)算只需1～2分鐘。因此各種節(jié)流裝置設(shè)計(jì)軟件、天然氣計(jì)算軟件應(yīng)運(yùn)而生，為標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實(shí)施提供了技術(shù)保證，也為運(yùn)行儀表管理提供了手段。

進(jìn)入21世紀(jì)來，流量計(jì)算機(jī)的應(yīng)用有了很大發(fā)展，它以高的運(yùn)算速度、大的存儲(chǔ)容量、強(qiáng)的運(yùn)算功能和具有通信能力而受到普遍歡迎，它可按標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)時(shí)計(jì)算流體密度、流出系數(shù)、可膨脹系數(shù)等測量流量必須的參數(shù)，其準(zhǔn)確度很高。流量測量的標(biāo)準(zhǔn)日趨完善，同時(shí)也具有了完成標(biāo)準(zhǔn)要求的技術(shù)手段，所以修改舊的二次儀表檢定規(guī)程或制訂新的檢定規(guī)程就是必須的了。

2005年9月國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布了中華人民共和國計(jì)量檢定規(guī)程《JJG1003-2005流量積算儀》。該規(guī)程的一個(gè)重要特點(diǎn)是把流量積算儀表與流量變送器、被測流體緊密結(jié)合在一起，檢定的理論值完全按有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)給出的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到。如無相應(yīng)軟件支持，檢定規(guī)程是無法執(zhí)行的。因此，開發(fā)流量積算儀檢定軟件就很有必要了。

下面介紹幾個(gè)常用的流量測量工具軟件。

1．《LG-GB/T2624-2006WIN版流量測量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算及管理軟件（國際標(biāo)準(zhǔn)版）》

2006年12月國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布了新的標(biāo)準(zhǔn)《GB/T2624-2006用安裝在充滿流體的圓形截面管道中的差壓裝置測量流量》。《GB/T2624-2006》等同采用《ISO5167：2003（E）》標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)主要變化：

1.1標(biāo)準(zhǔn)孔板流出系數(shù)計(jì)算公式

GB/T2624-2：2006中用里德-哈利斯/加拉赫（Reader-Harris/Gallagh）公式代替了沿用多年的斯托爾茲（J．Stolz）公式。新公式具有嚴(yán)格的物理基礎(chǔ)，斜率項(xiàng)的物理意義更明確；計(jì)算結(jié)果與數(shù)據(jù)庫的符合程度甚佳，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差比其它公式小。

1.2標(biāo)準(zhǔn)孔板的可膨脹系數(shù)計(jì)算公式

GB/T2624-2：2006給出三種取壓方式采用同一個(gè)新的可膨脹系數(shù)公式，它是由空氣、蒸汽及天然氣等介質(zhì)求得，可適用于其它氣體。

1.3孔板，噴嘴，文丘里管的上、下游最小直管段提出了新的要求。

《GB/T2624-2006WIN版流量測量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算及管理軟件（國際標(biāo)準(zhǔn)版）》的開發(fā)將滿足流量測量技術(shù)發(fā)展和與國際接軌的需要。由于我國幅員遼闊，各地發(fā)展差別大，實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)不可能一刀切，為適應(yīng)這一情況，所以該軟件由兩個(gè)子軟件組成，一個(gè)是完全符合《GB/T2624-2006》的軟件，一個(gè)是完全符合《GB/T2624-93》的軟件。

2．《TRQ-SY/T61434-2004WIN版天然氣流量測量標(biāo)準(zhǔn)孔板設(shè)計(jì)及管理軟件（國際標(biāo)準(zhǔn)版）》

2004年國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布了《SY/T6143-2004用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)非等效采用《ISO5167：2003(E)》，在壓縮因子的計(jì)算上針對不同的用戶分別采用《AGANX19》、《GB/T177-1999天然氣壓縮因子計(jì)算》。新標(biāo)準(zhǔn)與《SY/T6143-1996》相比有了很大變化。該軟件的開發(fā)為新的天然氣流量測量標(biāo)準(zhǔn)的順利實(shí)施創(chuàng)造了有利條件，使天然氣的流量（能量）貿(mào)易計(jì)量更為科學(xué)、準(zhǔn)確、便捷。鑒于同樣原因，該軟件也由兩個(gè)子軟件組成，一個(gè)符合《SY/T6143-2004》標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)符合《SY/T6143-1996》標(biāo)準(zhǔn)。3.《MQ-ISO5167-01WIN版城鎮(zhèn)人工煤氣流量測量標(biāo)準(zhǔn)孔板設(shè)計(jì)及管理軟件（國際標(biāo)準(zhǔn)版）》

該軟件的流出系數(shù)及可膨脹系數(shù)符合《GB/T2624-2006》及《ISO5167：2003（E）》，流體的物性值（密度、壓縮系數(shù)、粘度、等熵指數(shù)、濕度）及不同狀態(tài)流量的換算，完全按《GB/T18215-2000城鎮(zhèn)人工煤氣主管道流量測量第一部分：采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的方法》的要求計(jì)算。

4．《FIMJ-01-WIN版流量積算儀檢定軟件》

2005年9月國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布了中華人民共和國計(jì)量檢定規(guī)程《JJG1003-2005流量積算儀》。貫徹檢定規(guī)程，將改變目前我國流量積算儀表無據(jù)可依的混亂狀態(tài)，使我國流量積算儀表的研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用進(jìn)入一個(gè)新的、科學(xué)的、規(guī)范的階段。對流量測量的量值統(tǒng)一、解決能源計(jì)量貿(mào)易糾紛、提高企業(yè)乃至全社會(huì)能源計(jì)量管理水平具有重要意義。

《JJG1003-2005》檢定規(guī)程的一個(gè)重要特點(diǎn)是把流量積算儀表與流量變送器、被測流體緊密結(jié)合在一起，檢定的理論值完全按有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)給出的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到。以測量天然氣為例，既可按《SY/T6143-1996》標(biāo)準(zhǔn)檢定，也可按《SY/T6143-2004》標(biāo)準(zhǔn)檢定，按《SY/T6143-2004》標(biāo)準(zhǔn)檢定時(shí)，壓縮因子的計(jì)算既可按AGANX19標(biāo)準(zhǔn)，也可按《GB/T17747.2.3-1999》標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

由于涉及的流量變送器種類、被測流體的類型較多，計(jì)算公式各異且相當(dāng)復(fù)雜，因此，迫切需要一套完整體現(xiàn)規(guī)程內(nèi)容的檢定軟件，從而使流量積算儀表的檢定方便、快捷、準(zhǔn)確、公正。為此，中國計(jì)量科學(xué)研究院和北京博思達(dá)新世紀(jì)測控技術(shù)有限公司聯(lián)合開發(fā)了《FIMJ-01-WIN版流量積算儀檢定軟件》以滿足用戶對流量積算儀（含流量計(jì)算機(jī)、DCS、PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等）型式檢定、出廠檢定、周期檢定以至在線儀表進(jìn)行現(xiàn)場檢定的需要。

4.1流量計(jì)算公式完全符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)

﹒當(dāng)一次儀表為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件時(shí)，其可按《GB/T2624-93》標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。也可按《GB/T2624-2006》標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

﹒當(dāng)一次儀表為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件、其它差壓儀表、脈沖輸出型儀表、電流輸出型儀表時(shí)，軟件對實(shí)流標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，給出流量理論值。

﹒當(dāng)被測流體為水和水蒸汽時(shí)，流體的密度、粘度的計(jì)算符合《工業(yè)用1967年IFC公式》。

﹒當(dāng)被測流體為天然氣時(shí)，流量計(jì)算既可選擇按《SY/T6143-1996天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，也可按《SY/T6143-2004用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，當(dāng)按SY/T6143-2004計(jì)算時(shí)，天然氣的壓縮因子既可按《AGANX-19》計(jì)算，也可按《GB/T17747.2-1999天然氣壓縮因子的計(jì)算第2部分:用摩爾組成進(jìn)行計(jì)算》，還可按《GB/T17747.3-1999天然氣壓縮因子的計(jì)算第3部分:用物性值進(jìn)行計(jì)算》，以滿足不同用戶的要求。

﹒當(dāng)被測流體為人工煤氣時(shí)，流量計(jì)算符合《GB/T18215-2000城鎮(zhèn)人工煤氣主管道流量測量第1部分：采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的方法》標(biāo)準(zhǔn)。

·當(dāng)流體為通用氣體（如空氣、氮?dú)?、氧氣、一氧化碳……）時(shí),按目前最通用也具權(quán)威性的理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算并按R-K公式作壓縮系數(shù)修正。

·軟件可檢定積算儀表在不同差壓、壓力、溫度下流量測量誤差。

·軟件可檢定積算儀表的積算誤差、電流輸出誤差。

·軟件可檢定積算儀表輸入差壓、壓力、溫度的轉(zhuǎn)換誤差。

4.2軟件為漢字界面,參數(shù)定義明確,量綱清楚。

5．《TRQQZ-01WIN版天然氣氣質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算軟件》

天然氣在我國的廣泛應(yīng)用，不少城市不僅民用、商用而且工業(yè)也廣泛應(yīng)用天然氣，天然氣的經(jīng)營管理者需要了解天然氣的質(zhì)量，一些用戶是采用其它儀表（如渦輪、渦街、旋進(jìn)旋渦、超聲流量計(jì)等）也需要了解天然氣的氣質(zhì)數(shù)據(jù)，在<SY/T6143-2004>中還提出能量計(jì)量,這是科學(xué)的、合理的。因而要求計(jì)算天然氣的一些物性參數(shù)如高位發(fā)熱量、密度、相對密度、壓縮因子、沃泊指數(shù)等，《TRQQZ-01WIN版天然氣氣值數(shù)據(jù)軟件》的開發(fā)將能滿足這一類用戶群的需要。

7.1遵循標(biāo)準(zhǔn)：GB/T17747.2-1999、GB/T17747.3-1999、AGANX-19、

GB/T11062-1998

·當(dāng)選按”AGANX-19”計(jì)算時(shí),有32種組份供選擇

·當(dāng)選按”GB/T17747-1999”計(jì)算時(shí)，既可選按“輸入組份”計(jì)算，可輸入符合標(biāo)準(zhǔn)要求的21種組份，也可按“輸入物性值”計(jì)算，有A、B、C、D四種可供選擇。

7.2參比條件：以下參比條件，任選一項(xiàng)

7.3計(jì)算結(jié)果：

·工況條件下參數(shù)

工作溫度

工作壓力

流體粘度

等熵指數(shù)

摩爾密度

壓縮因子

工況密度

·參比條件下參數(shù)

摩爾密度

壓縮因子

密度超壓縮因子

真實(shí)氣體相對密度

真實(shí)氣體高位摩爾發(fā)熱量

真實(shí)氣體低位摩爾發(fā)熱量

真實(shí)氣體高位質(zhì)量發(fā)熱量

真實(shí)氣體低位質(zhì)量發(fā)熱量

真實(shí)氣體高位體積發(fā)熱量

真實(shí)氣體低位體積發(fā)熱量

沃泊指數(shù)W

結(jié)束語

長期以來，我國流量積算儀表技術(shù)處于比較落后狀態(tài)，只能進(jìn)行簡單的計(jì)算，不能反應(yīng)流量測量真實(shí)的物理過程，因此難以達(dá)到流量量值的統(tǒng)一。從上世紀(jì)九十年代開始，計(jì)算機(jī)進(jìn)入流量測量領(lǐng)域，使流量測量面貌煥然一新，許多企業(yè)紛紛開發(fā)出以單片機(jī)為核心的智能儀表，甚至是完全滿足標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算要求的流量計(jì)算機(jī)；也有一些企業(yè)致力于流量測量工具軟件的開發(fā)與應(yīng)用，有了這些