近年來，隨著氣體公司致力于減少天然氣測(cè)量方面的不確定度，對(duì)高壓氣體流量計(jì)的校準(zhǔn)需求有了顯著的增長(zhǎng)。對(duì)大的工業(yè)用氣體流量計(jì)來說，很小的負(fù)誤差，將會(huì)導(dǎo)致天然氣儲(chǔ)輸公司和地區(qū)銷售公司每年數(shù)千萬美元的損失。間接式流量計(jì)，如智能渦輪流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和孔板流量計(jì)等，當(dāng)工作壓力和校準(zhǔn)壓力不同時(shí)，它們的校準(zhǔn)特性將有所改變。因此，為減小測(cè)量不確定度，需要在相同或相近的流量和壓力下進(jìn)行校準(zhǔn)。
美國(guó)儀表公司（AMCO）建立了2套新的氣體流量計(jì)校準(zhǔn)裝置，它們一起形成了一個(gè)完整的校準(zhǔn)裝置，在線壓力0～1000lb/in2 （G）（0～6.89MPa，表壓），智能渦輪流量計(jì)最大流量范圍5% ～100%。AMCO的高、低壓測(cè)試裝置分別座落于賓西法尼亞的科里（Corry）和伊利（Erie）。
一、高壓測(cè)試裝置
高壓?jiǎn)卧且粋€(gè)開放式系統(tǒng)，位于天然氣儲(chǔ)礦和高壓天然氣管道中間。氣礦的來氣通過干燥處理廠和過濾器去除液體和固體雜質(zhì)。裝置包括1臺(tái)加熱設(shè)備，以保證進(jìn)人裝置的氣體溫度保持在60℉左右。壓力可在200～1000 lb/in2（G）（1.38～6.89MPa，表壓）之間調(diào)節(jié)。按照AGA 7號(hào)報(bào)告的推薦方式，被測(cè)流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的安裝采用上游直管段10D，下游直管段5D。裝置在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了被測(cè)流量計(jì)管線間的互換，以便可用小口徑標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)測(cè)試大口徑儀表，達(dá)到20：1的流量比，符合AGA推薦的安裝建議。
測(cè)試裝置中所選用的高質(zhì)量?jī)x表符合MIL-STD-45662A標(biāo)準(zhǔn)。流量控制選用蝶閥，壓力調(diào)節(jié)使用AMCO的2in和4in的軸流閥，壓力測(cè)量用Fisher-Rosemount公司的壓力變送器，使用一個(gè)在線加熱器控制溫度，選用ACI控制公司的溫度變送器進(jìn)行測(cè)量。被測(cè)流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的上游都安裝了整流器，以保證進(jìn)入智能渦輪流量計(jì)氣體流速的一致性。裝置中的傳遞標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)）是精確測(cè)量公司（AccuTestTM）的雙葉輪自診斷渦輪流量計(jì)，經(jīng)美國(guó)西南研究院（SwRI）的天然氣研究所（GRI）的測(cè)試研究裝置（MRF）校準(zhǔn)過。該標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)由一套用于校準(zhǔn)被測(cè)流量計(jì)的工作標(biāo)準(zhǔn)和另一套保留用于校對(duì)工作標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的核查標(biāo)準(zhǔn)組成。
工作標(biāo)準(zhǔn)和核查標(biāo)準(zhǔn)都可溯源到美國(guó)NIST，因?yàn)樗鼈兌冀?jīng)MRF/SwRI校準(zhǔn)，而MRF/SwRI可溯源到NIST。MRF的儀表校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也都溯源到NIST。MRF/SwRI的每個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)都是一個(gè)原子稱量罐。該稱量罐的刻度由質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)，可溯源到NIST。裝置的數(shù)據(jù)采集和流量控制選用奔騰Pc-基數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用美國(guó)國(guó)家儀表公司（National Instruments）的SCXI數(shù)據(jù)采集板和Lab VIEW軟件，通過傳感器采集頻率、壓力、溫度信號(hào)，完成流量計(jì)準(zhǔn)確度計(jì)算和進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過程控制。
高壓測(cè)試裝置的特點(diǎn)：
◇ 介質(zhì)：天然氣
◇ 最大操作壓力：10130 lb/in2（A）（6.89MPa，絕壓）
◇ 最小操作壓力：200 lb/in2（A）（1.38MPa，絕壓）
◇ 最大實(shí)際流量：72 MCFH （2×103 m3/h）
◇ 流量比：20：1
◇ 測(cè)量不確定度： ±0.30%
◇ 被測(cè)流量計(jì)口徑（in）：3，4，6，8
◇ 法蘭等級(jí)（ANSI）：300，600
二、低壓測(cè)試裝置
低壓測(cè)試裝置是一個(gè)閉環(huán)流量校驗(yàn)系統(tǒng)。介質(zhì)是壓縮空氣或瓶裝氦氣，用1臺(tái)100hp的史賓塞（Spencer）鼓風(fēng)機(jī)循環(huán)。調(diào)節(jié)混合氣體中空氣和氦氣的體積比，以改變混合氣體的相對(duì)密度在0.14~1.0之間變化。用1個(gè)冷卻塔和3個(gè)水平換熱器來控制測(cè)試期間空氣的溫度，用氣動(dòng)蝶閥控制流量。儀表和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與高壓系統(tǒng)的相同。傳遞標(biāo)準(zhǔn)是精確測(cè)量公司的雙渦輪自診斷渦輪流量計(jì)，在荷蘭尼德蘭測(cè)試研究院校準(zhǔn)過。所有的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)都可溯源到荷蘭國(guó)家基準(zhǔn)，荷蘭國(guó)家基準(zhǔn)又可溯源到國(guó)際質(zhì)量基準(zhǔn)。
低壓測(cè)試裝置的特點(diǎn)：
◇ 介質(zhì)：空氣或空氣與氦氣的混合氣體
◇ 最大操作壓力：150 lb/in2（A）（1.03MPa，絕壓）
◇ 最小操作壓力：30 lb/in2（A）（0.21MPa，絕壓）
◇ 最大實(shí)際流量：60 MCFH （1.7×103 m3/h）
◇ 流量比：20：1
◇ 測(cè)量不確定度：±0.30%
◇ 被測(cè)流量計(jì)口徑（in）：3，4，6，8
◇ 法蘭等級(jí)（ANSI）：150，300，600
三、精確測(cè)量公司的傳遞標(biāo)準(zhǔn)
精確測(cè)量公司的渦輪流量計(jì)包含一個(gè)內(nèi)置式標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，該流量計(jì)可在實(shí)際操作流量和壓力下精確測(cè)量，且不影響計(jì)量，阻斷流量或妨礙流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)功能。能準(zhǔn)確地測(cè)量出影響流量計(jì)精度的機(jī)械摩擦和產(chǎn)生旋渦的安裝方式，諸如凸出物、流量波動(dòng)、啟停流體、部分堵塞、葉片彎曲或折斷等引起的流量計(jì)誤差也都可以檢測(cè)出來，這些問題都可能存在，因此必須進(jìn)行檢查。
該自診斷性能的獲得是通過內(nèi)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)于流量計(jì)腔體出口端面處實(shí)現(xiàn)的。該標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)是具有獨(dú)特設(shè)計(jì)特性的第二葉輪流量計(jì)腔室，它與上游主腔室比較，可大大地減少故障率。內(nèi)置式標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)這些獨(dú)特的設(shè)計(jì)特點(diǎn)不易擴(kuò)展到主腔室。精確測(cè)量公司的渦輪流量計(jì)有兩個(gè)主要的應(yīng)用場(chǎng)合，即①用于大流量的現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)和②用于測(cè)試流量計(jì)1和2校準(zhǔn)的傳遞標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)）。
現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)——精確測(cè)量公司針對(duì)改善現(xiàn)場(chǎng)渦輪流量計(jì)的可靠性和減少故障率，引入自診斷技術(shù)。上游主葉輪作為一個(gè)常規(guī)渦輪流量計(jì)以及機(jī)械指針式接收器和機(jī)械或電子校正器使用。除了測(cè)量葉輪轉(zhuǎn)速的電子頻率傳感器以外，主葉輪的基本測(cè)量功能部分不需要電源供應(yīng)。測(cè)量流量的機(jī)械和電子單元也可以不需要電源供應(yīng)。無線電頻率傳感器檢測(cè)葉輪葉翼，它的輸出頻率非常高。
檢驗(yàn)精確測(cè)量公司渦輪流量計(jì)的基本方法有三種，其他方法也可以考慮。它們是使用便攜式校驗(yàn)儀；使用Metretek AE500OEFC校正器；直接連接葉輪傳感器輸出到用戶流量計(jì)算機(jī)。
便攜式校驗(yàn)儀通過一個(gè)便攜式檢測(cè)箱和便攜式計(jì)算機(jī)，在流量計(jì)處檢查主葉輪的性能，精確、迅速且不中斷流量計(jì)的正常工作。專門設(shè)計(jì)的便攜式校驗(yàn)儀，滿足了渦輪流量計(jì)通常一年一次或兩次的檢查和測(cè)試需要。
精確測(cè)量公司選用Metretek AE5000電子流量計(jì)算機(jī)作為第二種校正器，它由主葉輪的機(jī)械輸出驅(qū)動(dòng)。該計(jì)算機(jī)可編程，在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)周期地精確檢查并將數(shù)據(jù)以文件形式儲(chǔ)存，以便用戶隨后經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器或軟磁盤下載。AE500OEFC配有自備電源。
第一和第二種校驗(yàn)儀使用相同的算法、不同的程序語言進(jìn)行精確評(píng)價(jià)。便攜式校驗(yàn)儀與AE500OEFC應(yīng)用上的差別在于前者是被攜帶到指定的流量計(jì)處完成測(cè)試，而后者是專門用于某一流量計(jì)。
第三種校正器是簡(jiǎn)單地將兩個(gè)葉輪發(fā)出的頻率信號(hào)引到用戶的SCADA系統(tǒng)，連續(xù)地跟蹤兩個(gè)葉輪輸出的流量或測(cè)得的體積。AMCO的兩種測(cè)試裝置使用這種校驗(yàn)儀實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)過程控制，提前指出傳遞標(biāo)準(zhǔn)性能可能變壞的跡象。
傳遞標(biāo)準(zhǔn)——采用無線電頻率傳感器檢測(cè)葉輪葉翼的方法獲得高頻輸出，精確測(cè)量公司的渦輪流量計(jì)具有超級(jí)的重復(fù)性。該設(shè)計(jì)特點(diǎn)和自診斷特點(diǎn)在主腔室的應(yīng)用使精確測(cè)量公司智能渦輪流量計(jì)的可靠性比傳統(tǒng)的渦輪流量計(jì)大為改善。精確測(cè)量公司用作傳遞標(biāo)準(zhǔn)的流量計(jì)所具有的獨(dú)特的電子輸出功能，進(jìn)一步改善了重復(fù)性和可靠性。
四、質(zhì)量控制
使用可溯源到NIST的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，每年重復(fù)校準(zhǔn)所有的流量計(jì)來保證儀表的質(zhì)量控制。工作標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的質(zhì)量控制依賴于兩個(gè)輔助方法。其一是如同測(cè)試被檢流量計(jì)一樣，測(cè)試每個(gè)核查標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，把測(cè)試結(jié)果與校準(zhǔn)過傳遞標(biāo)準(zhǔn)的裝置上獲得的結(jié)果相比較，通過比較結(jié)果建立一個(gè)AMCO測(cè)試裝置與其他傳遞標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)裝置相聯(lián)系的關(guān)系。第二種方法是通過作圖和分析工作標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的準(zhǔn)確度與初始校準(zhǔn)準(zhǔn)確度（%）變化的百分比，保持統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）。對(duì)精確測(cè)量公司的自診斷流量計(jì)，該%DA=A-A 定義為：
%DA=[（Kref/ Kmain）（Fmain/ Fref）- A﹡]×100%
式中A﹡ —— 主腔室的準(zhǔn)確度（﹡：指首次校準(zhǔn)）；
Fmain — 主葉輪的平均頻率；
Fref —— 參考葉輪的平均頻率；
Kmain— 主葉輪的K系數(shù)；
Kref—— 參考葉輪的K系數(shù)。
K系數(shù)比和A﹡是管道雷諾數(shù)的一個(gè)函數(shù)，在MRF/SwRI或NMI首次校準(zhǔn)時(shí)確定。如果該過程保持不變，單個(gè)測(cè)量值圍繞中心值波動(dòng)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分布。用X的平均值代表中心值，S代表波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。按照統(tǒng)計(jì)規(guī)律，如果該過程保持不變，則單個(gè)測(cè)量值的95%將位于平均值的±2S以內(nèi)。如果在該過程中發(fā)生漂移或變化，則將會(huì)出現(xiàn)單個(gè)測(cè)量值超出標(biāo)準(zhǔn)分布。過程控制圖將提示早期性能的惡化。%DA圖提供有益的歷史信息并對(duì)工作標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的趨勢(shì)給予預(yù)測(cè)。如果下列情況出現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)性能可能超出統(tǒng)計(jì)控制，應(yīng)查找原因：
◇控制范圍外的1個(gè)點(diǎn)；
◇位于中心線一側(cè)的6個(gè)連續(xù)測(cè)量點(diǎn)；
◇通常出現(xiàn)的情況：5個(gè)或更多的連續(xù)測(cè)量點(diǎn)上移或下移。
五、實(shí)驗(yàn)室比對(duì)
為確認(rèn)AMCO測(cè)試裝置的可靠性，做了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室比對(duì)工作，檢驗(yàn)在新裝置上測(cè)試的準(zhǔn)確度與在其他已建裝置上測(cè)試的準(zhǔn)確度的一致性。包括德國(guó)道斯頓（Dorsten，Germany）的PIGSAR測(cè)試裝置、SwRI的MRF和荷蘭的NMI。在所有的比對(duì)測(cè)試中，AMCO測(cè)試裝置與其他裝置測(cè)試結(jié)果一致，在可比的雷諾數(shù)下，比對(duì)總不確定度不大于0.4% 。該不確定度為AMCO測(cè)試裝置的不確定度與其他比對(duì)裝置不確定度的平方和再開平方根。
