基于校准与测量能力分布探析我国流量计量研究方向

姜伟伟

烟台市华宇人力资源有限公司山东烟台264003

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摘要：1999年，国际计量委员会(CIPM)起草互认协议(MutualＲecognitionArrangement，MＲA)该协议旨在建立一个开放、透明的综合性全球计量体系，实现各经济体(国家或地区)计量基准、标准的国际等效，实现各经济体计量院校准和检测证书的国际互认，国际计量局(BIPM)为MＲA的主协调人。经原国家质量技术监督局授权，中国计量科学研究院(NIM)代表我国作为首批签署者之一加入MＲA。近年来，我国获得国际互认的校准与测量能力(calibrationandmeasurementcapability，CMC)数量显著提升，截止到2021年1月共计获得1708项，位居世界第三。流量是工业生产和科学实验的重要参数，在能源贸易结算、环境监测等领域有着重要应用。随着工业全球化进程加速，流量计量必将发挥更加重要的作用。因此，流量领域的CMC发展，对于实现我国流量计量基准、标准的国际等效，获得流量领域校准和测量结果的国际承认，支撑我国经济贸易、社会和科学技术的发展至关重要。

关键词：计量学;流量计量;校准与测量能力;关键比对

引言

本文通过对各经济体流量领域的CMC分布统计和对比分析，得到各经济体的发展现状，进而探析流量计量领域的未来研究方向。本文主要工作包括2个方面:对CMC总数排名前十的经济体在流量领域的CMC数量分布进行统计，并根据CIPM下设的WGFF的流量领域5个关键比对的分类方法，对流量测量各子领域的具体参数，包括原理、流量范围、不确定度等进行比较分析，从而得到各经济体流量领域的CMC分布和发展现状。基于我国现有流量计量基准、标准装置的测量能力和不确定度水平，结合应用需求，提出我国流量计量领域的未来研究方向。

1流量应用领域

流量测量技术广泛应用于航空航天、半导体加工、医疗生物、电子汽车等行业。在航空航天领域，流量可以认为是评价发动机整机或部件性能的重要参数之一。航空发动机是一种结构、气动力和热力都相当复杂的动力装置，其流量测试在航空发动机测试工作中有着极其重要地位。航空发动机试验测试中高精度的气体流量测试是具有挑战性的，特别是中小型航空发动机流量测试中的很多气体流量测量，范围在几十克每秒以内甚至是零点几克每秒以内的小流量的范围，同时气流的压力、温度变化范围也很大。因此，提高航空发动机气体小流量测量精度有着极其重要的意义。

2计量技术现状

2.1我国研究现状

中国的工业计量科技与同国家比较，仍面临着许多缺陷。近年来，我国借鉴了国外标准，并根据本国的实际状况，开展了新型测量仪器的试验研究，进一步提高了仪器的测量准确度和安全性。同时，也在测量仪器选择、应用、维修与管理等方面做了大量的科学研究工作，并探索出了若干较成熟的经验。颁布了一些缜密的测量办法以及各种燃气测量规范。尽管如此，中国的工业测量体系技术标准仍不健全，与国外先进技术水平存在较大差异，测量技术标准无法与国外衔接。目前，中国的计量方法大致有这样几类：第一种，气孔板流量计量。它是中国国内目前技术程度最高，应用较为广泛的计量方法，但是在准确性方面还是存在一定的偏差，有一定的改善空间；第二，涡轮流速测定。这一技术的优点在于测量的范围广，计量精度高；第三，超声波流速测定。这项技术原理简单，测量精确度也高，量程比大，可进行双向流速的计算；第四，互补式气体流速测定。

2.2孔板流量计

孔板流量计在国内的利用率可达90%，在国外的利用率却只有60%。孔板流量计计量技术目前是比较成熟的工艺技术，但还需加以创新与完善，首要的就是测量气体偏差方面的技术改进。孔板流量计的测定准确度受管道的装配品质影响较大，为此，在中外都开展了大规模的科学研究。在现实工业生产中，一般使用流速调节剂来减小孔板以上管道安装品质对测定准确度的负面影响。但近期研究结果显示，不同种类的流速调节剂对测量准确度的负面影响也有所不同。美国政府已基于这些研究结果对美国联邦石化学会（API）油气测量规范手册（MPMS）的有关一章作出了修订。而通过修订的新规范，将对孔板流量计的安装配置提供了更为全方位的指引。

3我国流量计量的研究发展

3.1用测量方法，将体积计量转化到功率计算

这一方法指的是在煤气体积计量的基础上加设煤气发热量的计算装置，从而实现煤气的功率计量。在中国最公平的能源计算方法是以能源的计算方法来进行煤气贸易核算。中国加入WTO以后，在煤气贸易计算中采用能源计算已势在必行。目前，中国已经有部分的煤气计量站都开始安装了煤气的现场分析设备，并可完成对煤气成分和发热力的分析业务，如中国华北油田开发有限公司向北京供应煤气的东郊门站配备有进口的煤气流速计算器和实时气相色谱仪等。1996年中国海洋石油总公司投入的田——南海涯13-1，其中90%的产品煤气将经跨底管道直接进入香港，并成为中华电力公司的标准煤气供应，其煤气系统将根据ISOS一百六十七和AGANO八的报告完成天气流量统计，并定时定量提取气样，送至化验室进行分析，利用气象色谱仪来确定煤气组成，运行气相色谱仪之前完成温度校准，最后依据电能计算方法完成煤气的计量交接。

3.2风能

风能是重要的可再生能源，在风力发电中，风速和风向的测量准确度是风电设备是否有效运行的核心指标。目前，依靠风杯、超声风速仪实时测量来风速度及方向的准确度较低，使得风力发电设备因无法在最佳工况状态运行，从而导致发电效率低下，甚至会造成发电设备的损坏。因此，空气流速领域中风速的测量准确度至关重要。中国计量科学研究院建立了以激光多普勒测速仪(laserDopplervelocimeter，LDV)为标准的风速计量标准装置，自主研制了可调速转盘校准系统，可实现LDV的标定，从而保证风力发电中风速的准确度。随着风能的应用的快速发展，我国应进一步促进空气流速领域CMC的发展，更好地实现风电风场标定系统的溯源，推进现场风电测风仪器的在线校准，从而优化风力发电设备，提高风能发电的效率。

3.3氢能

氢能是公认的最具发展潜力的清洁能源。氢燃料电池技术，是燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转化成电能的发电装置，体积小能量大，高效且无污染。高压气体流量计量在氢能的储存、运输、贸易结算等环节有着重要应用。特别是在氢储存方面，目前最常用且相对成熟方式是高压气态储氢。此外，加氢站(hydrogenrefuelingstation，HＲS)的计量校准也是氢能计量的重要方向。随着全球范围氢能产业的快速发展，氢能计量需求也迅速增加。日本率先于2005年就已经开展氢能相关测量的研究。美国、瑞士也分别从2015年、2019年着力推进氢能计量的研究，德国于2020年发布《国家氢能战略》以支持氢能计量的研究。因此，进一步加速开展我国氢能计量的研究工作，对于支撑我国氢能产业的发展，提升我国在氢能技术领域的国际水平有着重要意义。

结束语

本文的研究结果为流量计量关键技术的发展和相关检定和校准规程、规范的制定提供有利支撑。同时，研究结果对于我国流量计量未来能力提升，包括原级标准的不确定度提升和次级标准的测量范围拓展，量值传递方法研究的开展，国内量值传递体系的建立也有着重要意义。

参考文献

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