摘要：氣體流量計作為貿(mào)易計量的重要計量器具其使用已經(jīng)越來越廣泛，與此同時該流量儀表的量值傳遞工作具有愈加重要的意義。氣體流量儀表與臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置同軸連接方法，搭建了試驗裝置，可實現(xiàn)該類儀表與標(biāo)準(zhǔn)裝置誤差在±1mm內(nèi)的同軸連接，可以更好地完成氣體流量儀表的量值傳遞工作。
　　近年來，伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國能源的需求愈加強(qiáng)烈，隨之而來的能源危機(jī)的挑戰(zhàn)使能源計量的準(zhǔn)確率問題日益顯著，氣體流量計廣泛應(yīng)用于天然氣、蒸汽等領(lǐng)域的貿(mào)易結(jié)算中，均屬于我國計量法規(guī)定的強(qiáng)制檢定范圍，因此氣體流量計也越來越受到計量部門的重視，如何實現(xiàn)該類儀表更準(zhǔn)確的量值傳遞成為計量部門面對的新問題。
　　目前，國內(nèi)的氣體流量標(biāo)定裝置主要有鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、PVTt式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、以精度容積式流量計為標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置等。其中，鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、PVTt式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且價格昂貴；而容積式流量計需要進(jìn)口、價格昂貴、且精度易發(fā)生變化，不易日后維護(hù)[1]。臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是以音速噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)表，其結(jié)構(gòu)簡單可靠，無可動部件，能夠準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)和控制流量，是目前我國省市級計量單位普遍采用的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。
　　上世紀(jì)60年代末，英國國家工程試驗室、法國煤氣公司、英國煤氣公司工程研究所、美國國家標(biāo)準(zhǔn)局、Colorado工程研究所、日本國家計量研究所就將臨界流文丘里噴嘴用于高壓大流量測試。從上世紀(jì)80年代開始，國內(nèi)許多科研院所開展了針對噴嘴裝置相關(guān)研究，事實證明臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是一種簡單可靠、精度高、擴(kuò)展不確定度較小的裝置，現(xiàn)已被ISO采納為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO9300[2]。
　　在計量部門檢定過程中，目前尚無一種確定被檢流量計與標(biāo)準(zhǔn)裝置同軸連接的方法，普遍依靠人眼觀測以及經(jīng)驗實現(xiàn)流量計與標(biāo)準(zhǔn)裝置的連接，這一方面增加了檢定人員的工作量以及工作難度，另一面如若流量計不能準(zhǔn)確同軸連接在管道上，將會引起流經(jīng)流量計內(nèi)氣體的泄露，其次還會影響流量計內(nèi)部氣體旋渦的產(chǎn)生，進(jìn)而影響檢測的精度，這無疑給檢定工作帶來了額外的不必要的誤差。為了實現(xiàn)檢定的精度，更準(zhǔn)確地完成國家能源計量工作的量值傳遞，維護(hù)用戶的經(jīng)濟(jì)利益，需要研究被檢流量計與臨界流文丘里噴嘴法氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置同軸連接的方法，制定可行方案，提高檢定的精度，并提高檢定過程的自動化程度和檢定效率。
1方法原理以及試驗系統(tǒng)的搭建
　　被檢流量計與臨界流文丘里噴嘴法氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置同軸連接的方法，基于該方法的試驗裝置由視頻采集模塊、紅外探測模塊、視頻顯示模塊和信息處理系統(tǒng)組成，如圖1所示。

　　該系統(tǒng)中，信息處理系統(tǒng)是一個嵌入式系統(tǒng)的最小系統(tǒng)，主要由嵌入式處理器、電源子系統(tǒng)、SDRAM子系統(tǒng)、Flash子系統(tǒng)、復(fù)位系統(tǒng)以及串口和JTAG調(diào)試接口等部分組成。視頻采集模塊，包括視頻解碼芯片和視頻采集攝像頭兩部分，攝像頭負(fù)責(zé)視頻信息的采集，視頻解碼芯片把攝像頭采集到的視頻信號編碼后送給信息處理系統(tǒng)處理。紅外探測模塊，由紅外光電三極管、單片機(jī)、可觸摸液晶屏組成，光電三極管將檢測到的光電壓值傳送給單片機(jī)，單片機(jī)將處理后的信息顯示在觸摸液晶屏上。視頻顯示模塊包括視頻編碼芯片和LCD顯示屏兩部分，視頻采集模塊采集到的視頻信息，經(jīng)過信息處理系統(tǒng)處理后，再通過視頻編碼芯片編碼，輸出到LCD顯示屏上。
1.1視頻采集模塊
　　紅外光源作為檢測系統(tǒng)的光源部分，其作用即可以實時傳輸管道內(nèi)部圖像，提供給操作人員直觀的管道內(nèi)部視覺信息，又可以在管道內(nèi)部發(fā)出一束充滿管道的紅外光柱，以便于接收端探測。紅外電視技術(shù)是一種成熟的識別成像技術(shù)，其將電視技術(shù)與主動紅外夜視技術(shù)相結(jié)合，用不可見紅外輻射主動照明目標(biāo)，并用對此紅外輻射波段敏感的高靈敏攝像機(jī)攝像的手段進(jìn)行夜視。它綜合了紅外主動夜視不受環(huán)境照度限制，能在完全黑暗的環(huán)境中攝像、成本低、圖像相對清晰的特點(diǎn)，以及電視方法能傳輸圖像、能錄像的特點(diǎn)。如圖2所示，本裝置選用工業(yè)級紅外攝像頭作為紅外光源，將攝像頭采集到的管道內(nèi)部圖像傳輸進(jìn)可移動液晶顯示屏，方便檢測人員實時觀察管道內(nèi)部流量計與管道同軸情況。

1.2紅外探測模塊
　　紅外探測技術(shù)，是利用紅外光實現(xiàn)檢測各類參數(shù)的技術(shù)。紅外光是一種波長介于微波與可見光之間的電磁波輻射，肉眼無法覺察。要探測到這種輻射，并測量其大小，必須將它轉(zhuǎn)換成可以探測得到的其他物理量。物體經(jīng)紅外輻射照射后所產(chǎn)生的反應(yīng)，只要其大小可以被測量，均可用來檢測紅外輻射的強(qiáng)弱。紅外探測器的主要原理是光電效應(yīng)和紅外熱效應(yīng)。這些效應(yīng)基本以電信號形式輸出，或者以其它方式轉(zhuǎn)換成電信號輸出。紅外光電三極管是一種典型的紅外器件，它是一種晶體管，是在光電二極管技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的光電器件，本身具有放大功能[3]。它有三個電極。電極之間的電阻會隨著光照大小的變化而變化。如圖3所示，本裝置選用8個紅外光電三極管作為光電探測元件，安裝在輔助標(biāo)準(zhǔn)法蘭內(nèi)側(cè)，探出法蘭管道內(nèi)壁1mm，輔助標(biāo)準(zhǔn)法蘭可通過螺栓固定在被檢流量計法蘭上，其可以靈敏地探測到紅外光源發(fā)出的紅外光線，并將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電壓信號由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)輸出到液晶終端，以供檢測人員判斷管道同軸情況，若8個探測器檢測電壓相同則可認(rèn)為流量計與裝置在±1mm誤差范圍內(nèi)實現(xiàn)了同軸連接。

1.3數(shù)據(jù)傳輸及處理與圖像的解析
　　根據(jù)紅外成像的原理，紅外攝像機(jī)拍攝的圖像和普通的彩色攝像機(jī)拍攝的圖像相比有一些不同的特點(diǎn)，比如：紅外圖像噪點(diǎn)比較多，邊緣不明顯。為了實現(xiàn)后期準(zhǔn)確的識別，需要對圖像進(jìn)行預(yù)處理。通過圖像的去噪技術(shù)，會減少噪點(diǎn)對圖像的影響；通過對比度增強(qiáng)技術(shù)，可以把運(yùn)動目標(biāo)和背景的區(qū)分度變大，提高實時檢測時的正確率。圖4為

　　整個同軸度檢測系統(tǒng)工作流程，圖5為試驗裝置液晶終端顯示，分別為視頻終端和紅外探測終端，顯示信息可直接反饋給檢測人員以便于操作。

2試驗分析
　　試驗依據(jù)國家檢定規(guī)程JJG1121-2015《旋進(jìn)旋渦流量計》[4]進(jìn)行，選用某儀表企業(yè)生產(chǎn)精度等級為1.5級，DN80口徑，型號為LUX-80的旋進(jìn)旋渦流量計，儀表編號為1412190，流量范圍（18～200）m3/h，試驗如圖6所示。圖7為輔助標(biāo)準(zhǔn)法蘭內(nèi)側(cè)光電三極管編號分布。


　　由表2試驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)儀表按照表1情況對準(zhǔn)同軸情況下，依據(jù)規(guī)程進(jìn)行檢定，該儀表qt≤q≤qmax相對示值誤差1.18%，重復(fù)性誤差0.07%，qmin≤q＜qt相對示值誤差+2.09，重復(fù)性誤差0.14%，儀表系數(shù)為10108.3（1/m3），精度等級符合1.5級。當(dāng)儀表在表2未實現(xiàn)對準(zhǔn)同軸，儀表軸線中心高于標(biāo)準(zhǔn)裝置軸線中心情況下，該流量計各點(diǎn)儀表系數(shù)已經(jīng)發(fā)生變化，尤其在小流量點(diǎn)變化顯著，偏差達(dá)到+102.7（1/m3），儀表系數(shù)整體偏差了-101.3（1/m3），依據(jù)規(guī)程經(jīng)檢定，該儀表qmin≤q＜qt區(qū)間示值誤差超差，精度等級不符合1.5級，檢定結(jié)果不合格[5]。


　　因此可見計量部門檢定人員在檢定時由于人為未同軸連接流量計的失誤引入的誤差足以產(chǎn)生檢定誤判情況。
3結(jié)語
　　氣體流量計作為貿(mào)易計量的重要計量器具其使用已經(jīng)越來越廣泛，目前廣泛應(yīng)用于天然氣、蒸汽等貿(mào)易結(jié)算領(lǐng)域。與此同時該流量計的量值傳遞工作也愈加重要，其量值溯源的精度直接關(guān)系到企業(yè)和百姓的切身經(jīng)濟(jì)利益。氣體流量計與臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置同軸連接方法，目標(biāo)為實現(xiàn)該類流量計與標(biāo)準(zhǔn)裝置誤差在±1mm內(nèi)的同軸連接。經(jīng)過試驗分析進(jìn)一步證明了氣體流量計與標(biāo)準(zhǔn)裝置同軸連接的重要性。

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