阅读说明：本技术 天然气超声波流量计的在线原位校准方法及装置 (Online in-situ calibration method and device for natural gas ultrasonic flowmeter ) 是由 武大志 伍海峰 何丹丹 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法及装置,涉及计量校准技术领域,解决了目前固定管道天然气超声波计量计都需要分离拆卸进行校准,无法实现现场原位校准的问题。本发明的主要技术方案为：安装标准超声波流量计,将标准超声波流量计安装至待测超声波流量计的相邻位置；根据所述标准超声波流量计的示值校准所述待测超声波流量计的示值误差、测量重复性和测量稳定性；其中,所述标准超声波流量计和待测超声波流量计位于管道的同一直线管段上。本发明主要用于天然气超声波流量计的校准。(The invention discloses an online in-situ calibration method and device for a natural gas ultrasonic flowmeter, relates to the technical field of metering calibration, and solves the problem that the conventional fixed pipeline natural gas ultrasonic flowmeter needs to be detached for calibration and cannot realize on-site in-situ calibration. The main technical scheme of the invention is as follows: installing a standard ultrasonic flowmeter, and installing the standard ultrasonic flowmeter to the adjacent position of the ultrasonic flowmeter to be measured; calibrating the indicating value error, the measurement repeatability and the measurement stability of the ultrasonic flowmeter to be measured according to the indicating value of the standard ultrasonic flowmeter; the standard ultrasonic flowmeter and the ultrasonic flowmeter to be measured are positioned on the same straight pipe section of the pipeline. The method is mainly used for calibrating the natural gas ultrasonic flowmeter.)

天然气超声波流量计的在线原位校准方法及装置

技术领域

本发明涉及计量校准技术领域，尤其涉及一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法及装置。

背景技术

天然气流量计量作为天然气管道工业中极其重要的一部分，其测量数据的准确与否直接影响到生产企业的经济效益和用户利益。较近几年，许多用户开始大量使用固定式多声道超声波流量计作为天然气计量仪表，超声波流量计是利用传播时间差法原理来测量天然气的流量，传播时间差法超声波流量计的工作原理是利用超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波脉冲，通过检测并计算该脉冲在介质顺流和逆流的传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。但是，目前固定管道天然气超声波计量计都需要分离拆卸进行校准。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法及装置，主要目的是解决目前固定管道天然气超声波计量计都需要分离拆卸进行校准，无法实现现场原位校准的问题。为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法，该天然气流量计的校准方法包括：安装标准超声波流量计，将标准超声波流量计安装至待测超声波流量计的相邻位置；

根据所述标准超声波流量计的示值校准所述待测超声波流量计的示值误差、测量重复性和测量稳定性；

其中，所述标准超声波流量计和待测超声波流量计位于管道的同一直线管段上。

可选的，所述根据所述标准超声波流量计的示值校准所述待测超声波流量计的示值误差具体为：

获取第一预设时间内通过所述标准超声波流量计的累计流量示值，以及通过所述待测超声波流量计的累计流量示值，按公式(1)计算所述待测超声波流量计的示值误差，

ΔV＝V_i-V₀ (1)

其中，ΔV为第一预设时间内所述待测超声波流量计的累计流量的示值误差，L或m³；

V_i为第一预设时间内所述待测超声波流量计的累计流量示值，L或m³；

V₀为第一预设时间内所述标准超声波流量计的累计流量示值，L或m³。

可选的，所述根据所述标准超声波流量计的示值校准所述待测超声波流量计的测量重复性具体为：

每间隔第二预设时间并进行至少n次读取所述标准超声波流量计的累计流量示值，并计算其算数平均值作为第一标准值；

每间隔第二预设时间并进行至少n次读取所述待测超声波流量计的累计流量示值，并计算其算数平均值作为第一测量值；

根据所述第一标准值和所述第一测量值计算所述待测超声波流量计的测量重复性。

可选的，所述根据所述第一标准值和所述第一测量值计算所述待测超声波流量计的测量重复性具体为：

计算所述第一测量值与所述第一标准值的差值，若所述差值小于等于所述待测超声波流量计的最大允许误差，则按公式(2)计算所述待测超声波流量计的重复性，若所述差值大于所述待测超声波流量计的最大允许误差，则按公式(3)计算所述待测超声波流量计的测量重复性，

其中，S_n为所述待测超声波流量计的测量重复性；

V_i为所述待测超声波流量计第i次测量累计流量的数值，L或m³；

V_i0为所述待测超声波流量计的所述第一测量值，L或m³；

V₀为所述标准超声波流量计的所述第一标准值，L或m³。

可选的，n的取值为10。

可选的，所述根据所述标准超声波流量计的示值校准所述待测超声波流量计的测量稳定性具体为：

每间隔第二预设时间并进行至少s次读取所述标准超声波流量计的累计流量示值，并计算其算数平均值作为第二标准值；

每间隔第二预设时间并进行至少s次读取所述待测超声波流量计的累计流量示值，每间隔预设天数测试一组，至少测试m组，并计算其算数平均值作为第二测量值；

根据所述第二标准值和所述第二测量值计算所述待测超声波流量计的测量稳定性。

可选的，所述根据所述第二标准值和所述第二测量值计算所述待测超声波流量计的测量稳定性具体为：

计算所述第二测量值与所述第二标准值的差值，若所述差值小于等于所述待测超声波流量计的最大允许误差，则按公式(4)计算所述待测超声波流量计的测量稳定性，若所述差值大于所述待测超声波流量计的最大允许误差，则按公式(5)计算所述待测超声波流量计的测量稳定性，

其中，S_m为所述待测超声波流量计的测量重复性；

为所述待测超声波流量计第m次测量累计流量的算数平均值，L或m³；

为所述待测超声波流量计的所述第二测量值的算数平均值，L或m³；

为所述标准超声波流量计的所述第二标准值的算数平均值，L或m³。

可选的，s的取值为10，m的取值为4。

另一方面，本发明实施例提供了一种天然气超声波流量计的在线原位校准装置，该天然气超声波流量计的在线原位校准装置包括：设置于管道的同一直线管段上的待测超声波流量计和标准超声波流量计；

其中，所述标准超声波流量计为外夹式超声波流量计。

可选的，所述待测超声波流量计和所述标准超声波流量计之间间隔10-20cm。

本发明实施例提出的一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法及装置，针对固定管道的待测超声波流量计的校准，本实施例提供的校准方法为安装已校准的标准超声波流量计作为标准流量计进行同步测量，标准超声波流量计已经经过校准，工作人员已掌握其测量范围内的不确定度和累计流量修正值，将标准超声波流量计安装在待测超声波流量计的相邻位置，且保证二者处于同一管线的同一直线管段上，可基于一段时间内标准超声波流量计和待测超声波流量计的累计流量数一致的原理，根据标准超声波流量计的示值校准待测超声波流量计的示值误差、测量重复性和测量稳定性，可实现对待测超声波流量计进行原位校准，不需要分离拆卸操作。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法的另一种流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的天然气超声波流量计的在线原位校准方法及装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

实施例一

参考附图1和附图2，本发明的实施例一提出一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法，该天然气超声波流量计的在线原位校准方法包括：

步骤1、安装标准超声波流量计，将标准超声波流量计安装至待测超声波流量计的相邻位置；

步骤2、根据所述标准超声波流量计的示值校准所述待测超声波流量计的示值误差、测量重复性和测量稳定性；

其中，所述标准超声波流量计和待测超声波流量计位于管道的同一直线管段上。

具体的，本实施例是针对固定管道天然气超声波流量计(以下称为待测超声波流量计)的校准，目前在进行校准时，都需要对待测超声波流量计进行分离拆卸，没有现场原位校准的规程和方法，在操作上较为繁琐且影响校准的效率，为解决上述的问题，本实施例提出一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法，可对待测超声波流量计进行原位校准，不需要分离拆卸操作。对于壁内气压高于0.6MPa以上的待测超声波流量计，可采用已校准的外夹式超声波流量计(以下称为标准超声波流量计)作为标准流量计进行同步测量，标准超声波流量计已经经过校准，工作人员已掌握其测量范围内的不确定度和累计流量修正值，在具体实施中，首选需要安装标准超声波流量计，将标准超声波流量计安装在待测超声波流量计的相邻位置，且保证二者处于同一管线的同一直线管段上，可保证在一段时间内标准超声波流量计和待测超声波流量计的累计流量数是一致的；具体的标准超声波流量计的安装位置可根据实际情况设置，与待测超声波流量计之间的间距越小越好，可提高校准结果的精确性；在标准超声波流量计安装完成后，基于一段时间内标准超声波流量计和待测超声波流量计的累计流量数一致的原理，可根据标准超声波流量计的示值校准待测超声波流量计的示值误差、测量重复性和测量稳定性，其中，测量重复性是指相同条件下重复测量同一被测量，流量计提供相近示数的能力，测量稳定性是指在工作条件保持恒定，流量计的测量示数在规定时间内保持不变的能力，即计量特性随时间恒定的能力。

根据上述所列，本发明实施例提出一种天然气超声波流量计的在线原位校准方法，针对固定管道的待测超声波流量计的校准，本实施例提供的校准方法为安装已校准的标准超声波流量计作为标准流量计进行同步测量，标准超声波流量计已经经过校准，工作人员已掌握其测量范围内的不确定度和累计流量修正值，将标准超声波流量计安装在待测超声波流量计的相邻位置，且保证二者处于同一管线的同一直线管段上，可基于一段时间内标准超声波流量计和待测超声波流量计的累计流量数一致的原理，根据标准超声波流量计的示值校准待测超声波流量计的示值误差、测量重复性和测量稳定性，可实现对待测超声波流量计进行原位校准，不需要分离拆卸操作。

进一步的，参考附图2，在具体实施中，上述的步骤2中根据所述标准超声波流量计的示值校准所述待测超声波流量计的示值误差具体为：

步骤2.1、获取第一预设时间内通过所述标准超声波流量计的累计流量示值，以及通过所述待测超声波流量计的累计流量示值，按公式(1)计算所述待测超声波流量计的示值误差，

ΔV＝V_i-V₀ (1)

其中，ΔV为第一预设时间内所述待测超声波流量计的累计流量的示值误差，L或m³；

V_i为第一预设时间内所述待测超声波流量计的累计流量示值，L或m³；

V₀为第一预设时间内所述标准超声波流量计的累计流量示值，L或m³。

具体的，为了计算得到待测超声波流量计的示值误差，本发明采取的技术方案中，在管道内部流量稳定的情况下，分别获取第一预设时间内的标准超声波流量计的累计流量示值V₀和待测超声波流量计的累计流量示值V_i，由于一段时间内标准超声波流量计和待测超声波流量计的累计流量数一致，以标准超声波流量计的累计流量示值V₀为标准值，通过公式(1)计算即可得到待测超声波流量计的示值误差。

进一步的，参考附图2，在具体实施中，上述的步骤2中根据所述标准超声波流量计的示值校准所述待测超声波流量计的测量重复性具体为：

步骤2.2.1、每间隔第二预设时间并进行至少n次读取所述标准超声波流量计的累计流量示值，并计算其算数平均值作为第一标准值；

步骤2.2.2、每间隔第二预设时间并进行至少n次读取所述待测超声波流量计的累计流量示值，并计算其算数平均值作为第一测量值；

步骤2.2.3、根据所述第一标准值和所述第一测量值计算所述待测超声波流量计的测量重复性。

具体的，测量重复性是指相同条件下重复测量同一被测量，流量计提供相近示数的能力，为了得到待测超声波流量计的测量重复性，本发明采取的技术方案中，在管道内部流量稳定的情况下，首先每间隔第二预设时间进行至少n次读取标准超声波流量计的累计流量示值V_0i，取其算数平均值作为第一标准值V₀，V₀可以通过公式(6)计算：

其中的第二预设时间可以为10分钟，n的取值可以为10，但不限于此；并每间隔第二预设时间进行至少n次读取待测超声波流量计的累计流量示值V_i，取其算数平均值为V_i0，作为第一测量值，V_i0的计算方法与V₀相同，将V_i代入公式(6)即可，下面即可通过第一标准值V₀和第一测量值V_i0计算待测超声波流量计的测量重复性，将在下文详述。

进一步的，参考附图2，在具体实施中，上述的步骤2.2.3、根据所述第一标准值和所述第一测量值计算所述待测超声波流量计的测量重复性具体为：

步骤2.2.3.1、计算所述第一测量值与所述第一标准值的差值，若所述差值小于等于所述待测超声波流量计的最大允许误差，则按公式(2)计算所述待测超声波流量计的重复性，若所述差值大于所述待测超声波流量计的最大允许误差，则按公式(3)计算所述待测超声波流量计的测量重复性，

其中，S_n为所述待测超声波流量计的测量重复性；

V_i为所述待测超声波流量计第i次测量累计流量的数值，L或m³；

V_i0为所述待测超声波流量计的所述第一测量值，L或m³；

V₀为所述标准超声波流量计的所述第一标准值，L或m³。

具体的，本发明采取的技术方案中，计算第一测量值V_i0和第一标准值V₀的差值，并与待测超声波流量计的最大允许误差|MPE|比较，若V_i0-V₀≤|MPE|，则按公式(2)利用第一测量值V_i0和待测超声波流量计第i次测量累计流量的数值V_i计算述待测超声波流量计的重复性；而当V_i0-V₀>|MPE|时，则按公式(3)利用第一标准值V₀和待测超声波流量计第i次测量累计流量的数值V_i计算述待测超声波流量计的重复性。

进一步的，在具体实施中，上述的n的取值可以为10。

进一步的，参考附图2，在具体实施中，上述的步骤2中根据所述标准超声波流量计的示值校准所述待测超声波流量计的测量稳定性具体为：

步骤2.3.1、每间隔第二预设时间并进行至少s次读取所述标准超声波流量计的累计流量，并计算其算数平均值作为第二标准值；

步骤2.3.2、每间隔第二预设时间并进行至少s次读取所述待测超声波流量计的累计流量，每间隔预设天数测试一组，至少测试m组，并计算其算数平均值作为第二测量值；

步骤2.3.3、根据所述第二标准值和所述第二测量值计算所述待测超声波流量计的测量稳定性。

具体的，测量稳定性是指在工作条件保持恒定，流量计的测量示数在规定时间内保持不变的能力，即计量特性随时间恒定的能力，为了得到待测超声波流量计的测量稳定性，本发明采取的技术方案中，在管道内部流量稳定的情况下，首先确定第二标准值，每隔第二预设时间并进行至少s次标准超声波流量计的累计流量示值的获取，该步骤可以与步骤2.2.1、相同，第二预设时间也可以为10分钟，s可以取值为10，并取算是平均值为第二标准值V_0m，也可将对应数值代入公式(6)计算获得；其次，需要每间隔第二预设时间并进行至少s次读取待测超声波流量计的累计流量示值V_i，并每间隔预设天数测试一组，至少测试m组，并计算其算数平均值作为第二测量值V_im,下面即可通过第二标准值V_0m和第二测量值V_im计算待测超声波流量计的测量稳定性，将在下文详述。

进一步的，参考附图2，在具体实施中，上述的步骤2.3.3、根据所述第二标准值和所述第二测量值计算所述待测超声波流量计的测量稳定性具体为：

步骤2.3.3.1、计算所述第二测量值与所述第二标准值的差值，若所述差值小于等于所述待测超声波流量计的最大允许误差，则按公式(4)计算所述待测超声波流量计的测量稳定性，若所述差值大于所述待测超声波流量计的最大允许误差，则按公式(5)计算所述待测超声波流量计的测量稳定性，

其中，S_m为所述待测超声波流量计的测量重复性；

为所述待测超声波流量计第m次测量累计流量的算数平均值，L或m³；

为所述待测超声波流量计的所述第二测量值的算数平均值，L或m³；

为所述标准超声波流量计的所述第二标准值的算数平均值，L或m³。

具体的，本发明采取的技术方案中，计算第二测量值V_im和第二标准值V_0m的差值，并与待测超声波流量计的最大允许误差|MPE|比较，若V_im-V_0m≤|MPE|，则按公式(4)利用第二测量值V_im的算数平均值和待测超声波流量计第m次测量累计流量的算数平均值计算述待测超声波流量计的重复性；而当V_im-V_0m>|MPE|时，则按公式(5)利用第二标准值V_0m的算数平均值和待测超声波流量计第m次测量累计流量的算数平均值

计算述待测超声波流量计的重复性。

进一步的，在具体实施中，上述的s的取值可以为10，m的取值可以为4，但不限于此。

实施例二

本发明的实施例二提出一种天然气超声波流量计的在线原位校准装置，应用于上述的天然气超声波流量计的在线原位校准方法，该天然气超声波流量计的在线原位校准装置包括：设置于管道的同一直线管段上的待测超声波流量计和标准超声波流量计；其中，所述标准超声波流量计为外夹式超声波流量计。

具体的，对于壁内气压高于0.6MPa以上的待测超声波流量计，可采用已校准的外夹式超声波流量计(以下称为标准超声波流量计)作为标准流量计进行同步测量，标准超声波流量计已经经过校准，工作人员已掌握其测量范围内的不确定度和累计流量修正值，在具体实施中，将标准超声波流量计安装在待测超声波流量计的相邻位置，且保证二者处于同一管线的同一直线管段上，可保证在一段时间内标准超声波流量计和待测超声波流量计的累计流量数是一致的；具体的标准超声波流量计的安装位置可根据实际情况设置，与待测超声波流量计之间的间距越小越好，可提高校准结果的精确性；设置标准超声波流量计后，基于一段时间内标准超声波流量计和待测超声波流量计的累计流量数一致的原理，可根据标准超声波流量计的示值校准待测超声波流量计的示值误差、测量重复性和测量稳定性。

根据上述所列，本发明实施例提出一种天然气超声波流量计的在线原位校准装置，在管道上安装已校准的标准超声波流量计作为标准流量计进行同步测量，标准超声波流量计已经经过校准，工作人员已掌握其测量范围内的不确定度和累计流量修正值，将标准超声波流量计安装在待测超声波流量计的相邻位置，且保证二者处于同一管线的同一直线管段上，可基于一段时间内标准超声波流量计和待测超声波流量计的累计流量数一致的原理，根据标准超声波流量计的示值校准待测超声波流量计的示值误差、测量重复性和测量稳定性，可实现对待测超声波流量计进行原位校准，不需要分离拆卸操作。

进一步的，在具体实施中，所述待测超声波流量计和所述标准超声波流量计之间间隔10-20cm。

具体的，为了提高对待测超声波流量计校准的精确性，本发明采取的技术方案中，在安装标准超声波流量计时，应尽量减小标准超声波流量计与待测超声波流量计之间的间距，具体的待测超声波流量计和标准超声波流量计之间的间距可以为10-20cm。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。