JJF 1708-2018 标准表法科里奥利质量流量计在线校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范 J J F1 7 0 82 0 1 8 标准表法科里奥利质量流量计 在线校准规范 O nL i n eC a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC o r i o l i sM a s sF l o w m e t e r s b yM a s t e rM e t e rM e t h o d 2 0 1 8 - 0 6 - 2 5发布2 0 1 8 - 0 9 - 2 5实施 国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布 市场监管总局市场监管总局 标准表法科里奥利质量流量计 在线校准规范 O nL i n eC a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC o r i o l i sM a s s F l o w m e t e r sb yM a s t e rM e t e rM e t h o d J J F1 7 0 82 0 1 8 归 口 单 位:全国流量计量技术委员会液体流量分技术委员会 主要起草单位:国家水表产品质量监督检验中心 ( 宁波) 中国石化镇海炼化分公司 参加起草单位:重庆市计量质量检测研究院 南京天梯自动化设备股份有限公司 成都安迪生测量有限公司 本规范委托全国流量计量技术委员会液体流量分技术委员会负责解释 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 本规范主要起草人: 汤思孟 国家水表产品质量监督检验中心 ( 宁波) 陈 磊 ( 中国石化镇海炼化分公司) 孙梦翔 国家水表产品质量监督检验中心 ( 宁波) 参加起草人: 李 霞 ( 重庆市计量质量检测研究院) 汪海勇 ( 中国石化镇海炼化分公司) 汤 平 ( 南京天梯自动化设备股份有限公司) 钟 骁 ( 成都安迪生测量有限公司) J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 目 录 引言() 1 范围 (1) 2 引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 3 . 1 在线校准 (1) 3 . 2 科里奥利质量流量计在线校准装置 (1) 3 . 3 零点稳定度 (1) 3 . 4 流量校准系数 (1) 3 . 5 压力补偿 (1) 4 概述 (1) 4 . 1 科里奥利质量流量计 (1) 4 . 2 流量计在线校准装置的组成和特点 (2) 5 计量特性 (2) 5 . 1 示值误差 (2) 5 . 2 重复性 (3) 6 校准条件 (3) 6 . 1 环境条件 (3) 6 . 2 标准流量计及配套设备 (3) 7 校准项目和校准方法 (3) 7 . 1 校准项目 (3) 7 . 2 校准方法 (3) 8 示值误差及重复性计算 (4) 8 . 1 示值误差 (4) 8 . 2 重复性 (5) 9 校准结果 (6) 1 0 复校时间间隔 (6) 附录A 校准记录参考格式(7) 附录B 校准证书 ( 内页)参考格式(8) 附录C 在线装置工作原理及使用方法(9) 附录D 标准表法科里奥利质量流量计在线校准不确定度评定实例( 1 1) J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 引 言 使用中的科里奥利质量流量计拆卸送检重新安装后,容易出现计量失准等问题,在 线校准是目前解决该类流量计量值溯源较为合适的方法,本规范所采用的标准表法是其 中之一。 本规范根据我国科里奥利质量流量计的使用和在线校准现状,参照J J G6 4 32 0 0 3 标准表法流量标准装置 ,结合J J G1 0 3 82 0 0 8 科里奥利质量流量计检定规程进 行制定,主要技术指标的确定也参照执行。 除在本规范中专门定义的术语外,J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义和 J J F1 0 0 42 0 0 4 流量计量名词术语及定义均适用于本规范。 根据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则的5 . 9,本规范将示值误差及 重复性列为计量特性并作为计量校准的主要工作。 本规范参考了J J G6 4 32 0 0 3 标准表法流量标准装置对测量标准计量性能的要 求及J J G1 0 3 82 0 0 8 科里奥利质量流量计对检定环境条件的要求。 本规范为首次发布。 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 标准表法科里奥利质量流量计 在线校准规范 1 范围 本规范适用于在封闭管道中测量满管液体介质的D N 5 0D N 3 0 0科里奥利质量流量 计的在线校准。 2 引用文件 本规范引用了下列文件: J J G6 4 32 0 0 3 标准表法流量标准装置 J J G1 0 3 82 0 0 8 科里奥利质量流量计 J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义 J J F1 0 0 42 0 0 4 流量计量名词术语及定义 G B/T2 0 7 2 82 0 0 6 封闭管道中流体流量的测量 科里奥利流量计的选型、安装 和使用指南 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文 件,其最新版本 ( 包括所有的修改单)适用于本规范。 3 术语和定义 3 . 1 在线校准 o n l i n ec a l i b r a t i o n 确定实际工作条件下流量计所指示的量值与对应的由标准所复现的量值之间关系的 一组操作。 3 . 2 科里奥利质量流量计在线校准装置 o n l i n e c a l i b r a t i o nd e v i c eo fC o r i o l i sM a s sF l o w m e - t e r s 能对科里奥利质量流量计进行在线校准、可提供准确流量值且可移动的测量系统。 3 . 3 零点稳定度 z e r os t a b i l i t y 在零点调整之后,当流量计内介质静止时,流量计的瞬时质量流量示值随时间或环 境条件变化而变化的程度,用瞬时流量的绝对值表示。 3 . 4 流量校准系数 f l o wc a l i b r a t i o nf a c t o r 与质量流量测量有关,为了减少系统误差而设定的修正系数。 3 . 5 压力补偿 p r e s s u r ec o m p e n s a t i o n 修正工作介质压力对科里奥利质量流量计测量结果产生的影响。 注:当标准器及被校质量流量计在实验室的检定压力与在线校准压力不一致时,应根据厂家提 供的压力修正系数进行压力补偿。 4 概述 4 . 1 科里奥利质量流量计 1 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 4 . 1 . 1 工作原理 利用流体在振动管内流动时产生的科里奥利力,以直接或间接的方法测量科里奥利 力而得到流体质量流量。振动管有多种形式,图1为U型振动管的工作原理图。 图1 U型振动管的工作原理图 4 . 1 . 2 组成 科里奥利质量流量计 ( 以下简称流量计)由传感器和变送器组成。传感器主要由振 动管、驱动部件等组成,而变送器主要由测量和输出单元等组成。 4 . 1 . 3 用途 流量计主要用于测量流体的质量流量,广泛应用于石油、化工、冶金、食品、制药 等行业及领域中。 4 . 1 . 4 输出信号 流量计输出信号有脉冲/频率、直流电流等。 4 . 2 流量计在线校准装置的组成和特点 流量计在线校准装置 ( 以下简称在线装置) ,主要由标准质量流量计 ( 以下简称标 准流量计) 、配套设备、信号处理与控制系统及试验管路等组成。 在线装置具有结构紧凑、易于移动,不受管道介质特性限制,适合现场使用等 特点。 在线装置的工作原理及使用方法见附录C。 5 计量特性 5 . 1 示值误差 流量计示值误差通常用相对误差表示,示值最大允许误差见表1。 表1 流量计最大允许误差 准确度等级 0 . 20 . 2 50 . 30 . 51 . 01 . 5 最大允许误差/% 0 . 20 . 2 50 . 30 . 51 . 01 . 5 2 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 5 . 2 重复性 流量计重复性不得超过相应准确度等级规定的最大允许误差绝对值的1/2。 注:以上指标不是用于合格判据,仅供参考。 6 校准条件 6 . 1 环境条件 6 . 1 . 1 环境条件一般应满足: 环境温度:( 04 5); 相对湿度:3 5%9 5%; 大气压力:( 8 61 0 6)k P a。 6 . 1 . 2 工作介质应是充满封闭管道中的单相稳定液体,且密度相对稳定。 6 . 1 . 3 在防爆区域开展在线校准工作时,所有设备设施及工具应符合相关安全防爆 要求。 6 . 1 . 4 电源满足现场工况要求。 6 . 1 . 5 场地满足安全操作要求。 6 . 1 . 6 在工作压力下在线装置各部件连接处应无泄漏。 6 . 1 . 7 外界磁场对在线装置和被校流量计的影响可忽略。 6 . 1 . 8 振动和噪声对在线装置和被校流量计的影响可忽略。 6 . 1 . 9 在线装置与被校流量计出口处应保持足够的背压,避免使介质出现空化的工况 测量条件。 6 . 2 标准流量计及配套设备 6 . 2 . 1 标准流量计 标准流量计流量范围应与被校流量计的流量范围相适应,其测量结果的扩展不确定 度应优于被校流量计最大允许误差绝对值的1/2。标准流量计应有有效的检定/校准 证书。 6 . 2 . 2 配套设备 6 . 2 . 2 . 1 压力变送器 准确度等级应不低于0 . 5级,否则,在线装置合成标准不确定度应考虑压力测量所 引起的不确定度。压力变送器应有有效的检定/校准证书。 6 . 2 . 3 信号处理与控制系统 控制设备应有良好的可操作性。数据采集、信号处理、数据处理及通讯所引起的流 量测量不确定度应不超过在线装置扩展不确定度的1/5。否则,装置合成标准不确定度 应考虑数据采集、信号处理、数据处理及通讯所引起的不确定度。 7 校准项目和校准方法 7 . 1 校准项目 示值误差/重复性的校准。 7 . 2 校准方法 3 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 7 . 2 . 1校准前准备 7 . 2 . 1 . 1 将在线装置移至校准现场,确认其外观正常、连接稳固、电源断开、阀门处 于关闭状态。 7 . 2 . 1 . 2 将在线装置与在线的被校流量计入口或出口串联连接,确认整个管道及接口 牢固无泄漏。 7 . 2 . 1 . 3 确认压力变送器、信号处理与控制系统、调节阀等设备与电源连接正常,若 被校流量计有多种输出信号,建议首选脉冲/频率信号进行校准。开启信号采集与处理 系统电源。 7 . 2 . 2 操作步骤 7 . 2 . 2 . 1 开启在线装置,调节流量使标准流量计在实际工作条件下的流量点稳定运行 一段时间,一般不少于1 0m i n,保证校准管线和流量计充满流体,满足调零时所需的 条件。 7 . 2 . 2 . 2 应按使用要求进行零点调整,调零时传感器测量管工作介质应处于静止状态。 7 . 2 . 2 . 3 标准流量计和被校流量计在零点调整后,可设定校准次数、校准时间、校准 流量点等参数。参数设定好后由工艺操作人员输送工作介质,根据校准流量点通过调节 在线装置的调节阀或工艺阀门的开度来控制流量。 7 . 2 . 3 校准流量点选择及要求 7 . 2 . 3 . 1 校准流量点通常为实际工作条件下的流量点,以qi表示,校准次数不少于 3次。 7 . 2 . 3 . 2 如果条件允许可分别在qi上、下各增加一个校准流量点,每个流量点校准次 数不少于3次。 7 . 2 . 3 . 3 校准过程中,每个流量点的实际流量与设定流量的偏差不超过设定流量的 5%。 7 . 2 . 3 . 4 当流量稳定后同步采集标准流量计和被检流量计信号,当实际校准时间等于 设定校准时间后停止采集,记录本次校准数据,并按式 ( 1)和式 (2)计算校准流量点 的示值误差,按式 ( 4)计算该校准流量点的重复性。 7 . 2 . 3 . 5 若示值误差不超过流量计最大允许误差,原系数保持不变;若系数调整应再 次校准,并计算新的示值误差和重复性作为校准结果。 7 . 2 . 4 校准时间由被校流量计1个脉冲所代表的流量 ( 其他信号输出时可按流量显示 的最小分度值)占1次校准累积流量的误差,应不超过被校流量计最大允许误差的十分 之一确定,且1次校准时间不少于1 0m i n。 7 . 2 . 5 在线装置和被校流量计应进行压力补偿。 7 . 2 . 6 校准结束 校准结束后,应采取一定的保护措施,以防校准系数被不当改动,并按规定要求将 在线装置撤离现场。 8 示值误差及重复性计算 8 . 1 示值误差 4 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 8 . 1 . 1 单次测量累积流量示值误差 按式 ( 1)计算: E i j =Q i j -Qs () i j Qs() i j 1 0 0%( 1) 式中: E i j 第i校准点第j次校准的示值相对误差; Q i j 第i校准点第j次校准时被校流量计的累积质量流量,k g; QS() i j 第i校准点第j次校准时在线装置的累积质量流量,k g。 8 . 1 . 2 流量计第i校准点示值误差 按式 ( 2)计算: Ei=1 n n j=1 E i j ( 2) 式中: Ei 第i校准点示值误差; n 校准次数。 8 . 1 . 3 流量计示值误差 按式 ( 3)计算: E=(Ei)m a x ( 3) 式中: E 流量计示值误差; ( Ei)m a x 取各校准点示值误差的最大值。 8 . 2 重复性 8 . 2 . 1 校准点流量计重复性 按式 ( 4)计算: Er()i= E i j ()m a x-E i j ()m i n dn ( 4) 式中: ( Er)i 第i校准点的重复性; ( E i j ) m a x 取第i校准点示值误差的最大值; ( E i j ) m i n 取第i校准点示值误差的最小值; dn 极差系数。 极差系数值见表2。 表2 dn数值表 n234567891 0 dn1 . 1 31 . 6 92 . 0 62 . 3 32 . 5 32 . 7 02 . 8 52 . 9 73 . 0 8 8 . 2 . 2 流量计重复性 按式 ( 5)计算: Er= (Er)im a x ( 5) 5 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 式中: Er 流量计重复性; ( Er)im a x 取各校准点重复性的最大值。 9 校准结果 校准记录和校准证书格式见附录A和附录B。 不确定度评定实例见附录D。 1 0 复校时间间隔 准确度等级优于0 . 5级的在线流量计复校周期建议不超过1年,0 . 5级及以下的在 线流量计复校周期建议不超过2年。由于复校时间间隔的长短是由流量计的使用状况及 其性能等诸多因素决定,使用单位可根据流量计实际工况合理决定复校时间间隔。 6 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 附录A 校准记录参考格式 送校单位 器具名称 制造单位 型号规格 器具编号 环境温度 相对湿度 %校准地点 校准日期 证书编号 校准员 核验员 校准依据 校准所用的主要标准器: 名称 型号 编号 测量范围 准确度等级/最大允许误差/扩展不确定度: 证书编号 有效期限 被校流量计: 流量范围 输出方式 工作介质 介质温度 介质压力 铭牌流量校准系数 原流量校准系数 现流量校准系数 序号 校准流量点 k g /h 标准值 k g 测量值 k g 示值误差 % 平均示值误差 % 重复性 % 标准不确定度 % 流量计示值误差: %;流量计重复性: % 校准结果的扩展不确定度:Ur= %( k=2) 复校时间间隔建议: 7 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 附录B 校准证书 ( 内页)参考格式 工作介质: 介质温度: 介质压力: 流量范围: 输出方式: 原流量校准系数: 现流量校准系数: 其 他: 序号 校准点 k g /h 示值误差 % 重复性 % 标准不确定度 % 流量计示值误差: % 流量计重复性: % 校准结果的扩展不确定度:Ur= %( k=2) 复校时间间隔建议: 8 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 附录C 在线装置工作原理及使用方法 C . 1 系统组成与工作原理 在线装置一般由标准流量计 ( 质量流量计) 、压力变送器、试验管路与阀门 ( 调节 阀等) 、信号处理与控制系统等组成,在线装置校准图示见图C . 1。在易燃易爆场所进 行校准作业时,在线装置应符合安全防爆要求。 在线装置的工作原理基于流体力学的连续性方程,将在线装置与试验管路串接,以 其中的标准流量计为标准器,使流体在相同时间间隔内连续通过标准流量计和被校流量 计,比较二者输出流量值,从而确定被校流量计的计量性能。当在线装置由二台标准流 量计组成时,建议采用同一生产厂家制造的同准确度等级、同型号流量计。 图C . 1 在线装置校准图示 C . 2 操作方法 C . 2 . 1 将在线装置与被校流量计串联连接。 C . 2 . 2 根据现场实际工作条件下的流量大小,使工作介质同时流过被校流量计和标准 流量计,保证试验管路和流量计充满流体。 C . 2 . 3 在校准前,应按使用要求对被校流量计和标准流量计进行零点调整,调零时传 感器测量管工作介质应处于静止状态。 C . 2 . 4 操作调节阀,使流量达到实际工作条件下的流量点,稳定一段时间后开始校 准,同步记录标准流量计和被校流量计的初始输出值,经过设定的一段时间后,再记录 相应的输出值。 C . 3 在线装置在线校准时注意事项: C . 3 . 1 校准时,除调节流量值需操作调节阀或工艺阀门外,严禁开关其他阀门。 C . 3 . 2 在校准过程中,开闭调节阀或工艺阀门时需缓慢操作。 9 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 C . 3 . 3 在线装置应在校准的流量范围内使用,工作压力不得超过设计值。 C . 3 . 4 校准时严禁在线装置和工艺管线排污或放空。 C . 3 . 5 操作人员必须在现场随时监控在线装置的运行状态:在线装置是否稳固、系统 管线有无泄漏、仪表和阀门运行是否正常、控制系统运行是否稳定。如有异常应立即通 知工艺操作人员采取停泵等措施。排除异常情况后才能通知相关人员重新输送工作介质 继续进行校准。 C . 3 . 6 校准结束后,排空在线装置和连接管道内工作介质,确认安全后方可移动在线 装置。 01 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 附录D 标准表法科里奥利质量流量计在线校准不确定度评定实例 D . 1 概述 D . 1 . 1 科里奥利质量流量计的测量原理及结构特点 科里奥利质量流量计 ( C o r i o l i sM a s sF l o wm e t e r,简称CMF) ,利用流体在振动管 内流动时产生的科里奥利力,以直接或间接的方式测量科里奥利力而得到流体质量流 量。振动管有多种型式,常见的有U形振动管、S形振动管、双J形振动管、B形振动 管、单直管形振动管、双直管形振动管、双环形振动管等。 D . 1 . 2 在线校准依据:J J F1 7 0 82 0 1 8 标准表法科里奥利质量流量计在线校准规 范 。 D . 1 . 3 校准方法:在满足现场校准条件下,将在线装置串联接入现场管道。校准前被 检表应在流量点处预运行,然后对被校对象进行在线校准,通过比较被校对象示值和在 线装置标准值,计算其示值误差。 D . 2 不确定度分析 D . 2 . 1 测量模型 对于单次测量,科里奥利质量流量计相对示值误差的测量模型如式 ( D . 1) : E=Q -Qs Qs 1 0 0% ( D . 1) 式中: E 被校流量计示值误差; Q 被校流量计累积流量值, k g ; Qs 在线装置累积流量值, k g 。 各输入量彼此独立不相关,合成标准不确定度可按式 ( D . 2)计算得到: u 2 c(E)=c 2 1u 2 1(Q)+c 2 2u 2 2(Qs) ( D . 2) D . 2 . 2 灵敏系数 Q的灵敏系数见式 (D . 3) : c1= E Q = 1 Qs ( D . 3) Qs的灵敏系数见式 (D . 4) : c2= E Qs =- Q Q2s ( D . 4) D . 2 . 3 不确定度来源 经分析,测量不确定度的主要来源有在线装置的标准不确定度、被校流量计的测量 重复性及压力变送器测量误差等因素带来的不确定度分量。 D . 3 校准结果不确定度评定实例 D . 3 . 1 校准条件 11 J J F1 7 0 82 0 1 8 市场监管总局市场监管总局 D . 3 . 1 . 1 测量条件:介质为航空煤油,温度1 9,环境相对湿度5 2%。 D . 3 . 1 . 2 标准装置:在线装置扩展不确定度为0 . 0 7 6%,k=2。 D . 3 . 1 . 3 被校流量计:科里奥利质量流量计,口径D N 1 5 0,准确度等级0 . 2级。 D . 3 . 2 不确定度分量评定 本例的不确定度主要由在线装置示值标准不确定度、被校流量计测量重复性和介质 压力等因素所带来的不确定度分量组成。 D . 3 . 2 . 1 被校流量计示值标准不确定度分量u1Q() u1Q ()主要由测量重复性及压力变送器测量误差引起的不确定度分量两部分组成。 1)被校流量计测量重复性所引入的标准不确定度分量u1 1Q() 在2 0 0( t /h) 的流量点下, 对被校流量计连续重复测量1 0次, 得到测量误差数据列为 -0 . 0 8 9%;-0 . 0 9 1%;-0 . 0 8 5%;-0 . 0 8 6%;-0 . 0 9 5%;-0 . 0 9 0%;-0 . 0 9 4%; -0 . 0 8 2%;-0 . 0 8 7%;-0 . 0 9 3%, 采用A类方法评定。 平均误差:x=1 n n i=1 xi=-0 . 0 8 92% 单次实验标准差:s( xi)= n i=1 ( xi-x) 2 n-1 0 . 4 21 0 -4 本实例中,实际校准时在每一流量点测量3次,取3次误差平均值作为该流量点的 示值误差,故标准不确定度分量为: u1 1Q ()=s(x -) Q= s(xi) 3 Q= 0 . 4 21 0 - 4 3 Q0 . 2 41 0 - 4 Q 2)压力变送器测量误差所引入的标准不确定度分量u1 2Q() 校准过程中,采用压力变送器测量被校流量计处的介质压力,被校流量计根据压力 测量值自动进行压力补偿,因而压力变送器的测量误差会给测量结果带来附加误差。根 据生产厂家提供的资料数据,压力测量值每偏离0 . 1MP a,会给测量结果带来0 . 0 2% 左右的 测 量 误 差。本 实 例 中 所 采 用 的 压 力 变 送 器 准 确 度 等 级 为0 . 5级,满 量 程 1 . 6MP a,其最大允许误差为1 . 6MP a 0 . 5%=0 . 0 0 8MP a。半宽区间为 0 . 0 0 8 0 . 1 0 . 0 2%=0 . 0 0 16%,采用B类评定,按均匀分布,k= 3,带来的标准不确定度分 量为: u1 2Q ()=0 . 1 61 0 - 4 3 Q0 . 0 9 21 0 - 4 Q 所以,被校流量计示值合成标准不确定度分量u1Q() : u1Q ()=u 2 1 1Q ()+u 2 1 2Q () = 0 . 2 4