JJF(京) 80-2021 北京市水资源大口径流量计在线检测技术规范

JJF(京)中华人民共和国地方计量技术规范JJF（京）80-2021水资源大口径流量计在线检测OnlineTestofLargePipeFlowmeterUsedforWaterResourceManagement2021-4-2发布2021-5-2实施北京市市场监督管理局发布JJF（京）80-2021水资源大口径流量计在线检测OnlineTestofLargePipeFlowmeterUsedforWaterResourceManagement归口单位：北京市市场监督管理局主要起草单位：北京市计量检测科学研究院参加起草单位：中国计量科学研究院北京市南水北调南干渠管理处广州市能源检测研究院本规范由北京市市场监督管理局负责解释JJF(京)80-2021JJF（京）80-2021本规范主要起草人：李晨（北京市计量检测科学研究院）胡鹤鸣（中国计量科学研究院）李晶晶（北京市计量检测科学研究院）本规范参加起草人：杨卓（北京市南水北调南干渠管理处）钱碧波（广州市能源检测研究院）王建民（北京市计量检测科学研究院）郭鸾（北京市计量检测科学研究院）JJF（京）80-2021Ⅰ目录引言..........................................................II1范围..........................................................12引用文件......................................................13术语与定义....................................................13.1多声道导声柱塞超声法.......................................13.2声道........................................................13.3声道层......................................................13.4声道面......................................................13.5声道长度....................................................13.6声道角......................................................13.7声道高度....................................................24概述..........................................................25检测设备要求..................................................25.1超声标准管段................................................25.2超声测流装置................................................35.3质量保证要求................................................36在线检测方法..................................................36.1超声测流装置安装及测试......................................46.2流量示值误差测试及结果表达..................................47复检时间间隔建议..............................................4附录A超声传播时间法测流原理....................................5附录B不确定度评定（示例）......................................6JJF（京）80-2021II引言大口径液体流量计大量应用于水利、水务、城镇供水等水资源输送领域。但由于拆装成本高、无法停水施工等原因，传统拆装送检的溯源方式在实践中存在诸多困难。相比之下，现场检测是解决该类流量计量值溯源较为合适的方法，有必要针对此类流量计及其应用场景制定专门的计量技术规范。本规范根据水资源输送领域大口径流量计的使用和溯源现状，参照JJF1358《非实流法校准DN1000~DN15000液体超声流量计校准规范》，结合GB/Z35717-2017《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机流量的测量超声传播时间法》、ISO12242-2012《封闭管道中流体流量的测量液体超声传播时间法》（Measurementoffluidflowinclosedconduits—Ultrasonictransit-timemetersforliquid）等标准进行制定。本规范所用术语，除在本规范中专门定义的外，均采用JJF1001《通用计量术语及定义》和JJF1004《流量计量名词术语及定义》。本规范是首次制定。JJF（京）80-20211水资源大口径流量计在线检测1范围本技术规范适用于采用多声道导声柱塞超声法对水资源大口径（DN300及以上）流量计进行现场检测。2引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JJF1358-2012非实流法校准DN1000~DN15000液体超声流量计校准规范GB/Z35717-2017水轮机、蓄能泵和水泵水轮机流量的测量超声传播时间法ISO12242-2012封闭管道中流体流量的测量液体超声传播时间法（Measurementoffluidflowinclosedconduits—Ultrasonictransit-timemetersforliquid）3术语与定义3.1多声道导声柱塞超声法multi-pathultrasonicmethodwithwaveguideplug在现场管道上精确定位开孔后安装导声柱塞，超声探头透过导声柱塞发射和接收声波，并采用多声道流量积分模型计算流量的流量检测方法。3.2声道ultrasonicpath超声在成对的超声探头间传播的实际路径。注：声道有时也称为声路。3.3声道层ultrasoniclayer声道高度相同的两个声道所在的层面。3.4声道面ultrasonicplane声道角相同的一组声道所在的流道斜截面。3.5声道长度ultrasonicpathlength成对探头之间超声在水介质中传播的实际距离。3.6声道角ultrasonicpathangle声道与流道轴线之间的夹角。3.7声道高度ultrasonicpathheightJJF（京）80-20212声道相对于流道中心的高度，其绝对值为声道与流道轴线之间的最短距离，通常以流道中心以上为正值，以下为负值，正好过流道中心的为零。4概述水资源大口径流量计用于城镇输供水领域，常用电磁流量计、超声流量计等，涉及的贸易结算额很大。由于停水拆装困难，通常无法到实验室送检，只能进行在线检测。传统方法采用外夹式超声流量计提供现场标准值，操作简单但不确定度较大；本规范采用多声道导声柱塞超声法可大幅提高现场标准值的不确定度水平。多声道导声柱塞超声法基于超声传播时间法，基于几何量、时间量和流量积分模型可以直接得到流速和流量，是一种绝对测量方法。为了测量准确和量值溯源，该方法首次应用时需要在管道上开孔，开孔后用专用导声柱塞等方法密封，确保不漏水，后续可按用户需求方便的进行周期性在线检测。管道开孔安装导声柱塞，并进行几何参数精测后，称为超声标准管段，与超声测流装置合起来作为现场流量标准器。该方法的优势一是流量拆解为流速和面积，流速探头直接接触水，方便向实验室溯源；二是现场探头定位基于三维坐标测量设备，几何参数准确；三是多声道配置可以获得流道内不同位置的流速信息，结合好的流速代表性算法，即使流速分布较为复杂，也可得到有效的平均流速和流量。图1现场布置示意图5检测设备要求5.1超声标准管段超声标准管段的前后直管段长度宜满足前10D后3D，不满足时宜采用数值仿真进行修正。JJF（京）80-20213超声标准管段至少采用4声道配置，可增加声道来提高复杂流场条件下的流速代表性。超声标准管段应采用斜开孔方式，导声柱塞直径宜小于15mm，以降低探头局部扰流的影响。超声标准管段应具备有效的几何参数，包括管径、声道长度、声道角、声道高度等。5.2超声测流装置超声测流主机应具备信号质量分析能力，可显示各声道接收到的超声波形，波形采样率不小于32MHz，且具有信号强度和波形相关程度指标。超声测流主机应具备流速分布廓形显示能力。超声测流主机应针对每个检测现场工况建立包含所有参数的配置文件，以便复检时直接引用。超声测流主机中的流量积算模型应为公开模型（高斯-雅克比模型、OWICS模型等），积算模型中应体现实测的声道高度。超声探头频率应不小于1MHz，并适配于超声标准管段上的导声柱塞。5.3质量保证要求超声测流装置应通过静水拖曳法流速测试，扩展不确定度优于0.5%。超声测流装置零点日稳定性应优于1ns。超声测流装置应利用实流实验建立不同口径下导声柱塞局部扰流的修正系数表。6在线检测方法6.1超声测流装置安装及调试1.现场检查超声标准管段状态，特别是导声柱塞有无磕碰；2.按照导声柱塞编号，将超声探头安装到对应的位置，并连接主机和探头之间的线缆；3.超声测流主机开机，并导入对应该现场的配置文件；4.检查超声波形质量，确认各声道处于正常工作状态；5.检查声道轴向流速分布、声速分布、流量等显示的合理性；6.确认被检表处于正常工作状态，且数据可记录。6.2流量示值误差测试及结果表达根据现场条件，调节若干个流量测试点，以装置流量为标准，分析各点的流量示值误差。流量点应不少于3个，能够覆盖该管道通常工作的流量范围，且均匀分布。每个流量点测量时间不少于10分钟，每个流量点测量不少于5次。如现场不具备流量实时调节的条件，可连续监测一昼夜的流量变化，同步记录被测表流量和装置流量，再分段分析流量不同的示值误差。JJF（京）80-20214示值误差计算公式如下，%100−=sisiiqiqqqE（1）式中：Eqi—第i次检测的示值误差，%；qi—被测仪表第i次测量有效时间内的瞬时流量平均值，m3/h；qsi—标准装置第i次检测有效时间内的瞬时流量平均值，m3/h。取n（n≥3）次示值误差的算术平均值qiE作为最终检测结果。检测结果的重复性按照公式（2）计算：1)()(s12−−==nEEEniqiqiq（2）式中：s(Eq)—流量重复性，%；qiE—流量平均示值误差，%。7复检时间间隔建议复检可在首次检测提供的超声标准管段基础上进行，无需二次打孔。建议复检时间间隔为1年。JJF（京）80-20215附录A超声传播时间法测流原理超声传播时间法通过测量超声在流体中传播的时间来计算流体的流速和流量。如图2a)所示，一对探头以声道长度L、声道角安装在流道两侧，流体中超声传播速度C会与声道投影流速proj=cosVV叠加，造成超声从下游到上游探头的传播时间tu大于从上游到下游探头的传播时间td，()()()()uprojprojdududproj112112+tLCVVttLCttLtLCV=−=−=+=（3）由式（3）可以同时得到声道投影速度vproj和声速C，进而可以得到声道轴向流速：projdudu11=cos2cos2cosVLLtVtttt==−（4）式中，超声传播时间差ud-ttt=，是超声传播时间法的关键测量参数。声道轴向流速的计算