近年國內(nèi)流量儀表行業(yè)不斷掀起一股股推介流量儀表非標(biāo)準(zhǔn)檢測件熱潮，幾年前是V形內(nèi)錐(Vcone)檢測件，近來是多孔平衡節(jié)流裝置(A+K平衡流量計(jì))等等，這些新型檢測件無疑具有一些重要特點(diǎn)：如無需較長的安裝直管段、壓損較低、抗臟污耐磨蝕、范圍度較寬等，這些優(yōu)點(diǎn)大都是與標(biāo)準(zhǔn)檢測件——標(biāo)準(zhǔn)孔板相比較而言的，因此有專家預(yù)言：這些非標(biāo)準(zhǔn)檢測件是老一代標(biāo)準(zhǔn)檢測件的更新?lián)Q代產(chǎn)品，困擾人們的一系列流量測量難題將迎刃而解，預(yù)言能否實(shí)現(xiàn)、實(shí)際的發(fā)展前景如何皆是人們感興趣的問題。
目前流量儀表標(biāo)準(zhǔn)檢測件僅為ISO5167和ISO9300中列舉的幾種：孔板、噴嘴、文丘里管、臨界流文丘里噴嘴等。而其余幾十種或幾百種流量檢測件應(yīng)該列為非標(biāo)準(zhǔn)檢測件。但是在實(shí)際使用中標(biāo)準(zhǔn)檢測件的用量卻占大多數(shù)(50%以上)，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象是值得人們深思的問題。本文試圖剖析標(biāo)準(zhǔn)檢測件和非標(biāo)準(zhǔn)檢測件的區(qū)分，說明兩者質(zhì)的差別是其用量反差的主要原因。非標(biāo)準(zhǔn)檢測件的出現(xiàn)是流量儀表發(fā)展生命力強(qiáng)盛的表現(xiàn)，不重視、不重用非標(biāo)準(zhǔn)檢測件是與科技發(fā)展背道而馳的，但是不重視非標(biāo)準(zhǔn)檢測件的不足，不盡力扶持非標(biāo)準(zhǔn)檢測件向標(biāo)準(zhǔn)型轉(zhuǎn)變會對儀表使用造成莫大的損害又是必須認(rèn)識的事實(shí)。
筆者認(rèn)為流量行業(yè)應(yīng)統(tǒng)籌加大非標(biāo)準(zhǔn)檢測件科研開發(fā)力度，使其盡快向標(biāo)準(zhǔn)型過渡，使流量測量水平更上一層樓。
一、標(biāo)準(zhǔn)檢測件的特點(diǎn)
ISO5167和ISO9300是標(biāo)準(zhǔn)檢測件的國際標(biāo)準(zhǔn)。由標(biāo)準(zhǔn)文件中，我們可以發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)檢測件有三個(gè)主要特點(diǎn)：
1.結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)化
標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)列舉每一種檢測件的結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)和加工技術(shù)要求，這些規(guī)定得到國際權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量機(jī)構(gòu)的確認(rèn)，全世界流量界采用同樣的參數(shù)，因此其測量結(jié)果得到一致的認(rèn)可。更為重要的是，對標(biāo)準(zhǔn)檢測件科研及應(yīng)用的數(shù)據(jù)可以匯聚在一起，使數(shù)據(jù)的范圍大為擴(kuò)展，可靠性和可信度都大為提高。我們應(yīng)該注意例如V形內(nèi)錐檢測件由于其結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)參數(shù)未標(biāo)準(zhǔn)化，各試驗(yàn)研究者和應(yīng)用者的數(shù)據(jù)是不能匯聚在一起的。試想一想，由全世界全社會積聚的數(shù)據(jù)與個(gè)別廠家或科研群體提出的數(shù)據(jù)無論其廣度和深度以及可靠度、可信性怎能處于同樣質(zhì)的等級呢?
2.標(biāo)準(zhǔn)列出檢測件的流出系數(shù)和可膨脹性系數(shù)計(jì)算式
流出系數(shù)c和可膨脹性系數(shù)ε是檢測件的主要修正系數(shù)，在流量關(guān)系式里只要知道此二系數(shù)，就可得出流量與信號(差壓)的關(guān)系。對于非標(biāo)準(zhǔn)檢測件此二系數(shù)必須在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上逐臺實(shí)流校準(zhǔn)得到，它們不是通用計(jì)算式，即使是用同樣圖紙制造的亦必須逐臺校準(zhǔn)。從ISO5167標(biāo)準(zhǔn)孔板流出系數(shù)計(jì)算式的產(chǎn)生過程我們可以更深刻了解標(biāo)準(zhǔn)檢測件和非標(biāo)準(zhǔn)檢測件流出系數(shù)產(chǎn)生過程的差別。
ISO5167：2003(E)中標(biāo)準(zhǔn)孔板流出系數(shù)計(jì)算式是在繼承20世紀(jì)70年代以前流出系數(shù)計(jì)算式長期發(fā)展的基礎(chǔ)上再結(jié)合80年代美國和歐洲實(shí)行的對孔板流量計(jì)進(jìn)行的大規(guī)模試驗(yàn)總結(jié)而得的。美國為API實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，歐洲為EEC實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃參加的有美國和歐洲***的11個(gè)流量實(shí)驗(yàn)室。歷時(shí)12年才完成，共累積16376個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，其中介質(zhì)為油的有1889點(diǎn)，水的有8616點(diǎn)，氣體的5871點(diǎn)，試驗(yàn)的參數(shù)為D：52mm~586mm;β：0.1~0.75;d：12.5mm～440mm;ReD：400～5.3×107。上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)稱為回歸數(shù)據(jù)庫，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的回歸分析法求得流出系數(shù)的函數(shù)關(guān)系式。
修訂的新標(biāo)準(zhǔn)ISO5167：2003(E)流出系數(shù)和可膨脹性系數(shù)計(jì)算式的更新是主要的修訂內(nèi)容之一，新標(biāo)準(zhǔn)流出系數(shù)計(jì)算式用里德——哈利斯/加拉赫(Reader—Harris/Gallagher)公式(簡稱RG公式)代替斯托爾茲公式(stolz公式)。API和EEC實(shí)驗(yàn)計(jì)劃嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件進(jìn)行，孔板的同心度、平直度、開孔直徑、表面粗糙度、入口邊緣銳利度等都定量測定，對于測量管，其圓度、管徑、間距及管壁粗糙度也定量測定。試驗(yàn)是隨機(jī)進(jìn)行的，以消除實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)偏差，隨機(jī)試驗(yàn)保證了對試驗(yàn)誤差的有效估計(jì)，并可進(jìn)行顯著性、置信度和與時(shí)間有關(guān)的分析等統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。對相互獨(dú)立的二重變量數(shù)據(jù)點(diǎn)(C、ReD)進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，以測定其準(zhǔn)確度，并估計(jì)可能影響*終結(jié)果的非控制變量。由上述可見，標(biāo)準(zhǔn)檢測件流出系數(shù)計(jì)算式的產(chǎn)生過程與非標(biāo)準(zhǔn)檢測件的實(shí)流校準(zhǔn)兩者測試的水平是完全不一樣的。
3.現(xiàn)場影響量的試驗(yàn)廣泛而深入
流量儀表在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上實(shí)流校準(zhǔn)后得到實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度，儀表投用現(xiàn)場，由于安裝使用及流體條件的變化，流量計(jì)測量準(zhǔn)確度變?yōu)楝F(xiàn)場準(zhǔn)確度，實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度和現(xiàn)場準(zhǔn)確度的差別是因?yàn)楝F(xiàn)場使用條件變化而產(chǎn)生的，這些變化因素稱為現(xiàn)場影響量。標(biāo)準(zhǔn)檢測件影響量的試驗(yàn)研究是保證現(xiàn)場使用達(dá)到預(yù)期準(zhǔn)確度的重要內(nèi)容，它是隨著檢測件應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展而不斷增加的。目前全世界關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)孔板影響量的研究試驗(yàn)資料可以說汗牛充棟，我們稱它為標(biāo)準(zhǔn)孔板的軟實(shí)力，在各類流量檢測件中它是居于首位的。在ISO5167：2003(E)中可以見到現(xiàn)場影響量的試驗(yàn)研究成果——關(guān)于檢測件與阻流件之間所要求的直管段長度，成果有詳盡的表列值，這些內(nèi)容在即使有國際標(biāo)準(zhǔn)的其它類型流量計(jì)如渦輪、電磁、科氏質(zhì)量流量計(jì)亦是見不到的，它說明在抑制非充分發(fā)展管流的影響量試驗(yàn)中，其它類型流量計(jì)尚不完善和成熟。
標(biāo)準(zhǔn)檢測件的三個(gè)特點(diǎn)產(chǎn)生二種使用特性：
?、贆z測件無須實(shí)流校準(zhǔn)，可依據(jù)檢測件的結(jié)構(gòu)形狀及技術(shù)要求以及流體特性求得流量與信號的關(guān)系及其測量不確定度;
?、诹髁坑?jì)投用現(xiàn)場后，由于使用條件偏離標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，可利用影響量試驗(yàn)研究資料進(jìn)行修正(或補(bǔ)償)。
上述二特性是標(biāo)準(zhǔn)檢測件和非標(biāo)準(zhǔn)檢測件的主要差別，亦是標(biāo)準(zhǔn)檢測件能獲得用戶大部分用量的原由。非標(biāo)準(zhǔn)檢測件是否晉升為標(biāo)準(zhǔn)檢測件可用上述二特性來衡量。
二、非標(biāo)準(zhǔn)檢測件的發(fā)展問題
在流量儀表檢測件中非標(biāo)準(zhǔn)檢測件是占絕大多數(shù)的，在實(shí)際應(yīng)用中是不可或缺的，目前涉及準(zhǔn)確計(jì)量的貿(mào)易交接應(yīng)用非標(biāo)準(zhǔn)檢測件日益普遍，其存在的問題應(yīng)引起重視，本文開頭所舉的V形內(nèi)錐和多孔節(jié)流裝置即為突出的實(shí)例。非標(biāo)準(zhǔn)檢測件向標(biāo)準(zhǔn)型轉(zhuǎn)換是性能質(zhì)的提升，需進(jìn)行大量試驗(yàn)研究工作，另外，還存在晉升是否存在可能性的問題，以下我們對達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)檢測件三個(gè)特點(diǎn)的發(fā)展問題作一探討。
1.結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)化的問題
非標(biāo)準(zhǔn)檢測件結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)化可分為三種類型：①適宜標(biāo)準(zhǔn)化;②部分類型可標(biāo)準(zhǔn)化;③不宜實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化。
?、龠m宜標(biāo)準(zhǔn)化：如渦街、環(huán)形孔板、靶式等。渦街流量計(jì)在發(fā)展之初人們就認(rèn)為它的特點(diǎn)與孔板極相似，適宜實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，并將成為“數(shù)字孔板”，有朝一日會代替標(biāo)準(zhǔn)孔板成為普遍應(yīng)用的檢測件，經(jīng)多年實(shí)踐，人們逐漸認(rèn)識到渦街自有其局限性，代替孔板并不可取。2002年日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISZ8766：2002提出旋渦發(fā)生體結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)旋渦發(fā)生體為三角柱形，它是目前*通行的結(jié)構(gòu)形狀，具有廣泛的代表性。應(yīng)該指出，確定結(jié)構(gòu)形式僅是檢測件標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的**步，它相當(dāng)于孔板在20世紀(jì)30年代標(biāo)準(zhǔn)化開始的水平，自那以后，孔板經(jīng)幾十年的發(fā)展，特別是1980年～1990年的一次大規(guī)模實(shí)驗(yàn)研究才形成目前標(biāo)準(zhǔn)孔板(ISO5167：2003(E))的水平，由此可見，渦街流量計(jì)今后的標(biāo)準(zhǔn)化工作仍然任重道遠(yuǎn)。靶式流量計(jì)檢測件靶板基本形狀在幾十年前已經(jīng)形成。美國Foxboro公司曾提出其流出系數(shù)計(jì)算式，但是國際上對此類流量計(jì)似乎冷落些。靶板其實(shí)亦是一種環(huán)形孔板，它是屬于繞流裝置而不是節(jié)流裝置，繞流裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即為檢測件受阻流件的干擾較小，因而無需太長的直管段長度，V形內(nèi)錐亦屬于繞流裝置一類的檢測件。
?、诓糠诸愋涂蓸?biāo)準(zhǔn)化：電磁和超聲流量計(jì)是屬于此類型。電磁和超聲流量計(jì)已成為流量儀表的主力儀表，我們應(yīng)該更關(guān)注其標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展可能性。由于二類儀表在寬泛領(lǐng)域應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)形式及規(guī)格極其繁多，是否應(yīng)該選擇若干具有廣泛代表性的結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求予以標(biāo)準(zhǔn)化，但不限制其它類型的多樣化發(fā)展，二類流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化主要是給用戶帶來應(yīng)用的利益，例如無須逐臺校準(zhǔn)，現(xiàn)場影響量的修正有資料參考等。
③不宜實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化，如渦輪、科氏質(zhì)量流量計(jì)等。結(jié)構(gòu)類型的**是此類流量計(jì)發(fā)展的動力，標(biāo)準(zhǔn)型有抑制**之嫌，是否不宜實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化擬或與電磁超聲一樣可選若干種類標(biāo)準(zhǔn)化再深入探討之。
2.流出系數(shù)計(jì)算式的建立
流出系數(shù)計(jì)算式建立首先要建立計(jì)算式回歸數(shù)據(jù)庫，而數(shù)據(jù)庫應(yīng)包括廣泛的測試參數(shù)如流體介質(zhì)、口徑、工作狀態(tài)(壓力、溫度)和雷諾數(shù)范圍等。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的測試應(yīng)多家實(shí)驗(yàn)室參與以避免實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)偏差。從標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的發(fā)展歷史可見，此項(xiàng)工作由全社會來負(fù)擔(dān)比較合適。由此可見，如果沒有結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)化，并且分布于全社會，這一步是無法進(jìn)行的。目前有些檢測件生產(chǎn)廠用花樣翻新來保持其競爭優(yōu)勢，如均速管檢測件，其發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化背道而馳，在無法標(biāo)準(zhǔn)化情況下，又由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)原因不能逐臺實(shí)流校準(zhǔn)，*終受害的只能是廣大用戶。
3.現(xiàn)場影響量的試驗(yàn)研究問題
現(xiàn)場影響量的試驗(yàn)研究是檢測件發(fā)展中*為繁重的任務(wù)，花費(fèi)的人力物力*多，只有經(jīng)過長期的理論與實(shí)踐的積累才能得出現(xiàn)場影響量的修正系數(shù)。檢查某一類流量計(jì)投用的成熟程度可以查看它積累的資料情況而定。現(xiàn)場影響量主要內(nèi)容有：非發(fā)展管流干擾、非定常流干擾、流體性狀問題以及工作狀態(tài)的影響等。
現(xiàn)場影響量試驗(yàn)研究工作量極其龐大，檢測件標(biāo)準(zhǔn)化的意義在于可使此項(xiàng)工作由全社會來負(fù)擔(dān)，不同研究者的資料可匯聚在一起，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的發(fā)展歷史證明這個(gè)結(jié)論。
三、小結(jié)
1.目前標(biāo)準(zhǔn)檢測件只包括ISO5167和ISO9300中的幾類檢測件，盡管渦輪(ISO2715，ISO9951)，電磁(ISO6817，ISO9104)和科氏質(zhì)量(ISO10790)等流量計(jì)皆頒布有國際標(biāo)準(zhǔn)，但這些類型流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中見不到標(biāo)準(zhǔn)化的三個(gè)特點(diǎn)，因此，它們?nèi)匀皇欠菢?biāo)準(zhǔn)檢測件。
2.流量儀表檢測件標(biāo)準(zhǔn)化的重要意義在于它可以比較可靠地確定現(xiàn)場準(zhǔn)確度。非標(biāo)準(zhǔn)檢測件實(shí)流校準(zhǔn)的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的條件是理想化的現(xiàn)場條件，條件偏離是普遍性的，非標(biāo)準(zhǔn)檢測件在現(xiàn)場會遇到一些不確定性，亦即存在使用的風(fēng)險(xiǎn)，無論生產(chǎn)廠或用戶都應(yīng)該關(guān)注這個(gè)問題。
3.檢測件標(biāo)準(zhǔn)化其意義在于在全部時(shí)間和空間中它們的試驗(yàn)研究可以匯聚在一起，這樣它的成熟程度是愈來愈高了，非標(biāo)準(zhǔn)檢測件沒有這個(gè)特點(diǎn)，因此其數(shù)據(jù)的可靠性、可信度都是不高的。
公安機(jī)關(guān)備案號：
