依據JJG1003-2016《流量積算儀檢定規程》，從裝置類型、介質類型、參數設置和輸出參數幾個方面詳細闡述流量積算儀針對不同流量計和流體介質的計算過程，針對上述應用開發出流量積算儀校準上位機軟件，實現流量積算儀標準輸出值的計算，解決工況現場流量積算儀計算過程涉及參數龐雜易出錯且不易校驗的問題，提高現場工作效率和操作準確度，達到了預期的設計效果。
1、裝置類型
流量計的裝置類型包括：差壓流量計，脈沖輸出流量計和模擬輸出流量計。
1.1 差壓流量計
差壓流量計類型包括：標準孔板、標準噴嘴、標準文丘里管、V錐和通用差壓流量計。其中標準孔板流量計包括：角接取壓孔板、法蘭取壓孔板和D/2取壓孔板；標準噴嘴流量計包括：1932噴嘴、長頸噴嘴和文丘里噴嘴；標準文丘里管流量計包括：鑄造文丘里，機械加工文丘里和粗焊鐵板文丘里。上述差壓流量計中除了通用差壓流量計之外，都需要輸入管道材質、管道自定義熱膨脹系數(1E-6mm/mm℃)、20℃管道口徑(mm)、節流件材質、節流件自定義熱膨脹系數(1E-6mm/mm℃)和20℃節流件尺寸(mm)。熱膨脹系數的材質類型包括：20鋼(11.16)、10鋼(11.60)、A3F，B3鋼(11.50)、A15鋼，A3鋼(11.75)、自定義(填寫數值)、灰口鑄鐵(10.50)、12CrMo(11.20)、12Cr3MoVSiTi B(10.31)、黃銅(17.80)、紅銅(17.20)、工業用銅(16.00)、碳鋼(10.60)、1Cr18Ni9Ti(16.60)、X20CrMoWV121(10.80)、Cr6SiMo(11.50)、10CrMo910(12.50)、12Cr1MoV(9.8)、1Cr17(10.0)、1Cr13,2Cr13(10.50)、45鋼(11.59)。如果已知管道和節流件材質可以直接根據所選類型進行熱膨脹系數計算，否則需要自定義輸入熱膨脹系數值。
通用差壓流量計不同于上述設置，只需要輸入通用差壓＿設計上限流量(t/h)和通用差壓＿設計密度(kg/m3)兩個參數。
1.2 脈沖輸出流量計
脈沖信號類型包括工況頻率輸出型和當量頻率輸出型，其中工況頻率輸出型＿k系數單位包括1/m3和1/L；當量頻率輸出型＿k系數單位包括m3、km3、L、kg、t、Nm3和Nkm3。如果選擇脈沖輸出型，則需要輸入脈沖輸出流量計儀表系數K參數；如果選擇當量脈沖輸出型，則需要輸入當量脈沖-質量設計密度(kg/m3)、當量脈沖-設計溫度(℃)和當量脈沖-設計表壓(MPa)。
1.3 模擬輸出流量計
模擬輸出-流量信號類型包括4-20mA電流信號、1-5V電壓信號等，目前應用最為廣泛的還是4-20mA電流信號，模擬輸出-流量單位包括m3/h、km3/h、L/min、Nm3/h、Nkm3/h、kg/h和t/h。然后依次輸入標況體積流量＿設計溫度(℃)、標況體積流量＿設計表壓(MPa)、質量流量＿設計密度(kg/m3)、流量信號上限、流量信號下限和流量故障代用值。
2、介質類型
介質補償類型包括：氣體無補償、液體無補償、氣體溫壓補償、天然氣和水和水蒸汽。
2.1 氣體無補償
當計量現場的工況參數變化不大，氣體介質可以不進行溫壓補償換算，只需要輸入氣體無補償＿工況密度(kg/m3)，氣體無補償＿可膨脹系數和氣體無補償＿介質粘度(mpa.S)值。
2.2 液體無補償
如果計量介質為液體，其可膨脹系數幾乎沒有變化(=1)，則只需要輸入液體無補償＿工況密度(kg/m3)和液體無補償＿介質粘度(mpa.S)值。
2.3 氣體溫壓補償
氣體溫壓補償是最常用的補償方式，氣體介質分為已知氣體和自定義氣體兩種。已知氣體而言，氣體溫壓補償＿氣體名稱有空氣Air、氮氣N2、氧氣O2、氦氣He、氫氣H2、氬氣Ar、一氧化碳CO、二氧化碳CO2、硫化氫H2S、氨氣NH3、甲烷CH4、乙烷C2H6、丙烷C3H8、丁烷C4H10、乙烯C2H4、乙炔C2H2、丙烯C3H6、丁烯C4H8和自定義。同時針對已知氣體需要輸入氣體溫壓補償＿濕度值(%)、氣體溫壓補償＿標況溫度(℃)、已知氣體＿可膨脹系數eps補償方式和已知氣體＿設定eps＿可膨脹系數。對于自定義氣體而言，需要輸入自定義氣體＿標況密度(kg/m3)、自定義氣體＿壓縮系數z補償方式包括自動計算壓縮系數和輸入固定壓縮系數兩種方式，選擇自動計算壓縮系數時，需要輸入自定義氣體＿自動z＿臨界溫度Tc(K)和自定義氣體＿自動z＿臨界壓力Pc(MPa)，對于選擇輸入固定壓縮系數時，需要輸入自定義氣體＿設定z＿壓縮系數。自定義氣體＿可膨脹系數eps補償方式包括自動計算可膨脹系數和輸入固定可膨脹系數兩種方式，選擇自動計算可膨脹系數時，需要輸入自定義氣體＿自動eps＿等熵指數和自定義氣體＿設定eps＿可膨脹系數值；而當選擇輸入固定可膨脹系數時，需要輸入自定義氣體＿設定eps＿可膨脹系數。
2.4 天然氣
天然氣的計量主要有3種算法，AGA92DC、SGERG88和NX-19。AGA92DC算法計算壓縮因子的計算量較大，多用于流計算機和在線氣體組分分析儀的綜合應用。SGERGG88算法計算量較小，同時也滿足常規的計量精度要求。輸入SGERG88算法的參數：CO2摩爾分數、H2摩爾分數、高位發熱量(MJ/m3)和相對密度。此外，還需要輸入天然氣溫壓補償＿標況溫度(℃)。同氣體溫壓補償一樣，可膨脹系數補償方式包括自動計算可膨脹系數和輸入固定可膨脹系數兩種方式，如果選擇自動計算可膨脹系數方式，在計量流量的過程中會自動計算可膨脹系數值，如果選擇輸入固定可膨脹系數方式，需要輸入設定可膨脹系數值。天然氣流量的計算需使用的標準參比條件下物性參數包括，密度(ρs)、高位體積發熱量(H?s)及高位體積發熱量(H?s)，應按GB/T11062規定的方法計算。天然氣流量計計算需使用的操作條件下物性參數包括：密度ρ、壓縮因子Z、粘度μ、等熵指數k，應按GB/T21446-2008規定的方法計算。
2.5 水和水蒸汽
水和水蒸汽的算法主要依據水和水蒸氣國際協會熱力學性質工業標準IAPWS-IFC 1997公式，只需要輸入溫度和壓力值就能計算出實時水和水蒸汽的物性參數值。水和水蒸汽的介質往往涉及到熱量計量，應用焓值乘以瞬時流量值就可以得到介質產生的瞬時熱量值，具體可以通過熱量功能來關閉或者開啟熱量計量功能。
3、流量積算儀校準軟件參數設置
3.1 流量積算儀校準軟件的串口設置
通信模式包括RS485和RS232，目前流量儀表的總線應用較多，多通過通信位號設置設備的485從機地址。通信協議默認是MODBUS RTU，因為RTU較ASCII的效率更高。波特率，校驗位和停止位常用的配置參數為9600-8-n-1，對于某些低速光耦隔離的應用，還需將波特率調整為2400或者更低，以保證傳輸的可靠性。
3.2 流量積算儀校準軟件的差壓采集
差壓開方方式有0-本機開方；1-差變開方，差壓信號類型包括4-20mA(默認)、1-5V兩種模擬輸出。差壓單位有Pa、kPa(默認)和MPa幾種。差壓信號上限和差壓信號下限是分別設置20mA和4mA對應的差壓限值，當差壓傳感器的數值超過量程，后端的應用即采用差壓故障代用值參與計算并告警輸出。
3.3 流量積算儀校準軟件的壓力采集
壓力類型包括表壓和絕壓兩種，常規的壓力傳感器輸出值為表壓值，但有些一體化多參量傳感器為絕壓值，此時就不用人工輸入當地大氣壓值進行表壓至絕壓的換算。壓力單位有kPa、MPa(默認)和bar三種，壓力信號類型包括4-20mA(默認)、設定表壓兩種，因為有些場合對于介質的補償用設定表壓的固定壓力值即可。壓力上限和壓力下限分別設置20mA和4mA對應的壓力限值，當壓力傳感器的數值超過量程，后端的應用即采用壓力故障代用值參與計算并告警輸出。
3.4 流量積算儀校準軟件的溫度采集
溫度信號類型有Pt100、Pt1000、4-20mA和設定溫度幾種，如果輸入類型選擇設定溫度，則應用設定溫度(℃)值參與后續計算，溫度上限(℃)和溫度下限(℃)是針對4-20mA溫度量程限值，當溫度傳感器的數值超過量程，后端的應用即采用溫度故障代用值(℃)參與計算并告警輸出。
3.5 流量積算儀校準軟件的零點和線性修正
流量積算儀校準軟件輸入通道零點修正功能默認是關閉的，一旦開啟此功能，流量零點修正值、溫度零點修正值和壓力零點修正值是應用兩點修正進行處理，認為傳感器為線性輸出，通過K值和B值進行修正處理Y=KX+B，默認情況下K值為1.000，B值為0.000。而對于瞬時流量數值，流量計自身存在非線性誤差，需要應用分段線性化處理，如分為11點修正，則開啟(工況體積流量)線性修正功能，依次填寫流量點(m3/h)和對應的修正系數值。
3.6 流量積算儀校準軟件的流量切除
工況現場的流量計量受現場干擾的影響很大，流量信號切除(%)和流量信號切除(Hz)用于用戶現場進行小信號切除，由于不同單位對應的瞬時流量值不同，為了簡化操作以%的形式進行處理。針對頻率輸入的流量計則直接設置頻率Hz下限值進行小流量切除處理。
4、流量積算儀校準軟件的輸出參數
工況溫度(℃)、工況溫度(K)、工況表壓(kPa)、差壓(kPa)、管徑(mm)、節流件(mm)、Beta值、流出系數、雷諾數、可膨脹系數、粘度(m.Pas)、等熵指數、工況壓縮系數、工況密度(kg/m3)、標況壓縮系數、標況密度(kg/m3)、熱焓值(kJ/kg)、水和水蒸汽IF97分區、質量流量(t/h)、工況體積流量(m3/h)、標況體積流量(Nm3/h)、累積質量流量(t)、累積工況體積流量(m3)、累積標況體積流量(Nm3)和水和水蒸汽熱量(kJ/h)。
5、結論
依據JJG1003-2016《流量積算儀檢定規程》，從開發出了流量積算儀校準軟件，實現了流量積算儀標準輸出值的計算，解決了工況現場流量積算儀計算過程涉及參數龐雜易出錯且不易校驗的問題，提高了現場工作效率和操作準確度，達到了預期的設計效果。
作者：臧振勝
