JJF(陕) 111-2024 超声流量计在线校准规范

JJF（陕）111－2024超声流量计在线校准规范OnlineCalibrationSpecificationforUltrasonicFlowmeter2024－05－09发布 2024－08－09实施陕西省市场监督管理局发布JJF(陕)111－2024JJF(陕)111－2024JJF（陕）111－2024超声流量计在线校准规范JJF（陕）111－2024OnlineCalibrationSpecificationforUltrasonicFlowmeter归口单位：陕西省市场监督管理局主要起草单位：陕西省计量科学研究院参加起草单位：中国飞机强度研究所本规范由陕西省市场监督管理局负责解释JJF(陕)111－2024JJF(陕)111－2024本规范主要起草人：董雷（陕西省计量科学研究院）康勇（陕西省计量科学研究院）金玺（陕西省计量科学研究院）参加起草人：韩 冰（陕省计科学究院）车 阳（陕省计科学究院）尧平（中飞机度研所）张亮（陕省计科学究院）JJF(陕)111－2024JJF(陕)111－2024PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目 录引 言 （Ⅱ）1范围 （1）引用文件 （1）术语和计量单位 （1）3.1术语 （1）3.2计量单位 （2）4 概述 （2）工作原理 （2）结构和组成 （3）计量特性 （3）在线示值误差 （3）5.2 重复性 （4）校准条件 （4）环境条件 （4）校准介质 （4）测量标准及其他设备 （4）校准项目和校准方法 （5）校准项目 （5）校准方法 （5）校准结果表达 （8）校准结果处理 （8）校准结果的不确定度 （8）复校时间间隔 （8）附录A 标准管段位置选定指南 （9）附录B 标准表安装指南校准证书内容及内页格式 （13）附录C 超声流量计在线校准记录格式 （11）附录D 校准证书内容及内页格式 （13）附录E 超声流量计在线校准结果不确定度评定示例 （15）引 言JJF 1059.1《测量不确定度评定与表示》等基础性系列规范文件进行制定。JJGJJG1030-2007《超声流量计》、JJF1004《流量计量名词术语及定义》的相关条款。本规范为首次发布。JJF(陕)111－2024JJF(陕)111－2024PAGEPAGE10超声流量计在线校准规范范围本校准规范适用于流速范围为（0.3～10）m/s测量封闭满管液体流量的超声流量计（以下简称流量计）在线校准。引用文件本规范引用下列文件：JJG643 标准表法流量标准装置JJG1030-2007超声流量计JJF1004流量计量名词术语及定义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。术语和计量单位术语JJG643、JJG1030-2007、JJF1001、JJF1004界定的以及下列术语和定义适用于本规范。标准流量计 masterflowmeter指基于时差法原理、用于在线校准流量计的便携外夹式超声流量计，其通过水流量标准装置进行量值传递，具有良好的重复性及稳定性。标准表法 standardmetermethod以标准表为标准器，使流体在相同时间间隔内连续通过标准表和流量计，比较两者的输出流量值，从而确定被校流量计计量性能的校准方法。标准管段 standardpipeline与被校流量计安装管道串联，适合标准流量计安装，且材质、内径、壁厚等参数已知的一段直管段。注：建议专门配置一段长度约1.5倍管道公称通径的碳钢或不锈钢管道。在线校准 onlinecalibration确定实际工作条件下被校超声流量计所指示的量值与对应的由标准流量计所复现的量值之间关系的一组操作。修正系数 correctionfactor使用水流量标准装置对标准流量计进行校准时，水流量标准装置示值与标准流量计示值之比，用符号F表示。标准流量计修正系数稳定性 stabilityofcorrectionfactorofmasterflowmeter在线校准流量计前后，使用水流量标准装置校准标准流量计得到两次修正系数之差的绝对值。计量单位体积单位：立方米，符号m3；流量单位：立方米每小时，符号m3/h；kPa温度单位：摄氏度，符号℃；时间单位：小时、分钟或秒，符号h、min或s。概述工作原理超声波在流动的液体中传播时，可以载上液体流速的信息，通过换能器接收穿过液体的超声波有关信息就可以检测出液体的速度。时差法：利用超声波在液体中的传播特性测量流量，测量其顺流传播时间和逆流传播时间的差值，从而计算出液体流动的线平均速度。图1原理示意图轴向平均流速（vm）1所示，顺流和逆流传播时间与各量之间的关系是：tdown

tAB

（cf

Lvm

cos

（1）tup

tBA

（cf

Lvm

cos

（2）式中tup—超声流量计在液体中逆流传播的时间，s；tdown—超声流量计在液体中顺流传播的时间，s；L—声道长度，m；cf—超声流量计在液体中传播的速度，m/s；vm—声道角，°；可由公式（1）、（2）得出液体的流速表达式为：v2Lm cosφ

1tdown

1）tup

（3）同理可得声波的传播速度：

cLf 2

1tdown

1）tup

（4）v,i=1,2,道平均流速的估计值v，乘以管段横截面积A，即可得到体积流量Qv，QvAv

（5）vf(v1,,vk)

（6）式中k—声道数组成和用途流量计主要由一次装置（传感器）、和二次装置（转能器）、信号处理单元和（或）流量计算机组成。流量计算机主要目的使用是一种显示、记录方式作为计量、控制等，其余显示、记录应作为监视等非主要用途使用。流量计主要用于测量封闭满管液体的瞬时流量和累积流量。计量特性在线示值误差不同准确度等级的超声流量计最大允许误差见表1：表1不同准确度等级的超声流量计最大允许误差准确度等级1.0级1.5级2.0级最大允许误差±1.0%±1.5%±2.0%注：以上指标不用于合格判别，仅供参考。重复性流量计重复性不得超过相应最大允许误差绝对值的1/5。校准条件环境条件6.1.1 温度：（-20～50）℃，相对湿度：（15～85）%。（187～242）V适的交流或直流电源（24V直流电源）。在线校准场地应满足安全操作要求。应无明显外界磁场干扰、机械振动和噪声。校准介质现场校准介质应是充满封闭管道的单相液体，其流动应无漩涡。测量标准及其它设备2。表2测量标准及其它设备序号设备名称技术要求用途1水流量标准装置管径与被校流量计的口径应一一对应；水流量标准装置的扩展不确定度应不大于流量计1/5校准标准流量计2标准流量计适用口径范围：DN（15～3500）mm；重复性应不大于0.10%；标准流量计测量结果的扩展不确定度应不大于被1/3；在线校准流量计前后应在水流量标准装置上分别进行校准，校准管径与流量计口径一一对应校准被校准流量计3测厚仪测量范围：（0～50）mm；MPE：±0.1mm，（0～10）mm；MPE：±(0.1+H/100)mm，（10～50）mm测管道壁厚4钢卷尺（0～30）m；不低于Ι级测管道外周长5秒表测量范围：大于999s；分辨力不低于0.1s计时6同步拍照系统测量范围：大于2000s；同步性不低于0.1s采集数据校准项目和校准方法校准项目流量计的校准项目包括:在线示值误差、重复性。校准方法校准前的准备在线校准流量计前，应使用水流量标准装置校准标准流量计。将标准流量计安装于水流量标准装置上，优先选择与被校流量计相同的管径，管径与被校流量计的口径之比应一一对应。根据现场校准实际工况需要选择校准流速点，按JJG1030-2007中7.2.3规定的方法进行校准，每个校准点至少重复测量6次。标准流量计第i个校准点第j次的示值误差按式（7）计算；mwE

ij ij

（7）mij

QwijijEmij次校准时标准流量计的示值误差，%；ijijm—ij次校准时标准流量计累积流量示值，m；ijijw—ij次校准时水流量标准装置累积流量示值，m³标准流量计各校准点的示值误差按公式（8）计算；ijiEmi

1nnj

Em

（8）1(nnEm1(nnEmijEmi2jiiEmrii式中：Emr—第i个校准点标准流量计的重复性，%。i1标准流量计各校准点现场使用前修正系数按公式（10）计算：1

（9）iimiim

1E

（10）10D5D直管段计算现场实际流速，将与现场实际流速对应的修正系数置入标准流量计。A。应优先选择不带衬里的管道作为标准管段，如无法避开，衬里材质与厚度应已知。标准流量计的安装、管道周长与管道壁厚的测量详见附录E。10s30公式（11）计算现场流量波动量：qimaxqimin100% q式中：—流量波动量，%；max—记录的最大瞬时流量示值，m³/h；min—记录的最小瞬时流量示值，m³/h；q—记录的瞬时流量平均值，m³/h。选择校准流量点根据现场实际工况条件与流量计用户协商确定校准流量点，或选取现场可调流量点的上下限进行校准，每个流量点校准次数一般不少于三次。对于现场无法调节流量时可采用在一天内不同时段进行不同流量点的校准。在线示值误差及重复性校准一般原则3%3%时，应采用累积流量法。瞬时流量法1min记录一组3030qsij和ij3累积流量法min示为sij和ij3次。在线示值误差计算第i个校准点第j次校准的在线示值误差按公式（12）或（13）计算：j-sE

ij

（12）qij

sijEqij次校准时流量计在线示值误差，；ijqij—ij次校准时流量计瞬时流量示值，m³/h；ijs—ij次校准时标准流量计瞬时流量示值，m/h。ijjsE

ij100% （13）Qij

sijQij次校准时流量计示值误差，；ijQij—第i个校准点第j次校准时流量计累积流量示值，m³；ijs—ij次校准时标准流量计累积流量示值，m流量计各校准点校准的示值误差按式（14）或（15）计算：ijq

1ni nj

q

（14）i重复性i

Q

1nnj

Q

（15）1n1n1n1n(E)(E)qij qi2jiEr(q)i1nn11nn1j(E)(E)Qij Qi2i

（16）（17）标准流量计使用后校准7.2.1标准流量计现场使用后修正系数2i，用于不确定度评定。修正系数调整7.1、7.2计系数调整量，见式（18）FFF0

（18）FtF0Ft—修正系数的调整量。校准结果表达校准结果处理JJF1071-20105.12的要求，并给出各校准项目名称和测量结果,（推荐C，校准证书内容及内页（参考）D。校准结果的不确定度JJF1059.1-2012E。流量计修正系数1说明书将流量计进行修正系数的调整。复校时间间隔建议流量计复校时间间隔不超过1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。附录A标准管段选定指南标准管段标准管段可以是一段专门定制的串联安装在流量计管道上的碳钢或不锈钢短节，其长1.5倍。标准管段也可以是在流量计管道上选定的流场条件和管道外形尺寸都能满足标准流量计要求的一段直管。标准管段的选定10D5D选定。应选择水平管道或上升管道作为标准管段的安装位置。(确保为满管）标准管段应确保没有气泡集聚。（确保为满管）标准管段优先选择没有衬里的管段。标准流量计换能器在标准管段上的安装位置及声束反射位置应避开管道的焊缝。推荐的常见阻力件的最短直管段长度要求见下表：序号阻力件类型前直管道长后直管道长1水泵60D10D2阀门30D10D3变径管30D10D4弯头30D10D5三通50D10D附录B标准流量计安装指南标准流量计换能器在标准管段上的安装位置及声束反射位置应避开管道的焊缝，若无法避开校准结果仅供参考。标准流量计换能器的安装JJG1030-2007《超声流量计》的要求。V法，该方法可保证换能器安装距离准确。36个管道外周长，分别计算出管道外径，其平均值按式(E.1)计算：nnD i1

（E.1）式中：D——管道周长平均值；n——测量次数，n≥3；Di——第i点测得的管周长计算出的管道外径。若衬里材料及厚度无法测量，可根据技术资料现场确认。清理换能器安装位置的管道外壁，将管壁上的油漆、铁锈、污垢等清除干净，露出管1.55用超声测厚仪测量管道壁厚。L两个换能器的位置，可划线标明。换能器表面均匀涂抹耦合剂，将其安装于管道外壁，确保发射面与管壁紧密接触，且L。用紧固件将换能器固定在管道外壁上。将换能器信号电缆连接到标准流量计上。按标准表说明书的要求将信号调试到最佳状态。严禁为保证信号强度改变换能器安装距离。附录C超声流量计在线校准记录格式委托方/送检单位记录编号计量器具名称型号/规格制造单位出厂编号测量范围准确度等级其他信息唯一识别号校准地点环境温度大气压相对湿度技术依据名称及代码标准器信息本次使用名称测量范围不确定度/准确度等级或最大允许误差证书编号有效期至校准 核验 准日期 累积流量法标准装置被校流量计流量点m³/h校准时间t起始读数m³终止读数m³累积流量m³起始读数m³起始读数m³累积流量m³示值误差%平均示值误差%重复性%扩展不确定度U（k=2）%瞬时流量法标准装置被校流量计流量点m³/h校准时间t标准瞬时流量m³/h显示瞬时流量m³/h示值误差%平均示值误差%重复性%扩展不确定度U（k=2）%123123123旧修正系数：新修正系数：备注：校准 核验 准日期 附录D校准证书内容及内页格式校准证书应至少包括以下信息：a）标题：“校准证书”；b）实验室的名称和地址；进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；证书的唯一性标识（如编号），e）送校单位的名称；被校对象的描述和明确标识；进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期；如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；校准环境的描述；校准结果及测量不确定度的说明；对校准规范的偏离的说明；o）校准结果仅对校准对象有效的声明；p）未经校准实验室书面批准，不得部分复制校准证书的声明。校准证书内页（参考）格式校准介质：水校准结果：

证书编号：XXXX-XXXX校准结果流量标准流量计示值（m³/hm³）m³）示值误差(%)重复性(%)扩展不确定度(%)注：请下次校准带此证书。以下空白JJF(陕)111－2024JJF(陕)111－2024PAGEPAGE17附录E超声流量计在线校准结果不确定度评定示例概述DN4002000m³/h（4.423m/s）果的不确定度进行评定。2000m3/h0.47%0.13%。所用标准器及配套设备技术指标标准流量计=0.32（kF1=1.0038F2=1.0044。管道截面积测量通过测量管道周长及壁厚计算管道截面积，管道周长测量使用Ι级卷尺，最大允许误差为∆=±(0.1＋10-4L)mm。壁厚测量采用超声测厚仪，扩展不确定度为0.1mm（k=2）。测量模型流量示值误差按公式（C.1）计算。QEQQsQQs

（C.1）QsvA

（C.2） L 2A (

（C.3）4 4 式中：EQ—流量计示值误差；Q—流量计流量示值，m3/h或m3；Qs—标准流量计流量示值，m3/h或m3；v—平均流速，m/s；D—管道内径，m；L—管道周长，m；—管道壁厚，m。各输入量彼此独立不相关，合成标准不确定度按式（C.4）计算c2uc2u2(Q)c2u2(Q12s

（C.4）灵敏系数

c Q1cE11

（C.5）Q cE

（C.6）不确定度来源

s 2 Qs 测量不确定度来源主要有：流量计流量示值引入的标准不确定度，标准流量计流量示值引入的标准不确定度。不确定度评定流量计示值引入的标准不确定度分量uQ流量值示值为：uQ主要来自于测量重复性，重复性为：n1(En1(EQjEQ)2nj1

（C.7）则：3u(Q)3

ErQ1.49m3/h

（C.8）标准流量计流量示值引入的标准不确定度分量uQs由公式C.2可知，uQs主要来自于标准流量计流速测量、管道截面积测量、现场环境及人为因素。标准流量计流速测量引入的标准不确定度分量uvuv主要来自于标准流量计和其修正系数稳定性。u2(R)u2(R)u2F

（C.9）标准流量计引入的不确定度分量u（R），由标准流量计溯源证书可知，该点流速测量扩展不确定度为U10.32%，k=2，则：uRU1v0.32%v0.007m/s2 2

（C.10）标准流量计修正系数稳定性引入的标准不确定度分量uF，由极差法计算得到：F2F1uFF2F1

（C.11）则，uv

u2(R)u2F=0.007m/su(A)C.3可知，u(A)主要来自于管道周长测量和壁厚测量。Lu2(L) u2

（C.12）管道周长采用Ι级钢卷尺测得，最大允许误差为△=±（0.1＋10-4L）mm，测量DN400管径时，管道周长L=1.319m，最大允许误差∆=±0.10mm则：33uL 33

（C.13）壁厚由超声测厚仪测得，由超声测厚仪溯源证书可知，其扩展不确定度为U20.1mm（k=2），则：则uA为：

uU20.05mm2 2

（C.14）A2A2Lu2) u2A2Lu(L)L222u(222)