CN104040299B - 流量计的管线内验证方法 - Google Patents
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Abstract
描述了一种安装在流管线(3)中的流量计(1)的管线内验证方法，该方法借助将与该待验证流量计(1)同样安装的一个或两个夹合式超声波流量计(5，5a，5b)，具有该方法所固有的低标准测量不确定性(A)，并且包括：准备阶段，在该准备阶段期间，记录经校准的流量计(1)和经校准的超声波流量计(5，5a，5b)的预定数量(n)的同时得出的被测流量指示(QFL k)，并且在该准备阶段期间，确定虚拟管道直径(D)，该虚拟管道直径(D)如果在该同时测量期间被应用则使该流量计(1)的被测流量指示(QFL k)分别与该超声波流量计(5)的被测流量指示(QUS k)或该超声波流量计(5a，5b)的被测流量指示(QUS1 k，QUS2 k)的平均值之间的差最小化，并且该方法包括验证阶段，在该验证阶段期间，设定该超声波流量计(5，5a，5b)以基于该虚拟管道直径(D)确定其被测流量指示；在该验证阶段期间，记录该流量计(1)和该超声波流量计(5，5a，5b)的同时得出的被测流量指示(QFL k，QUS k或QUS1 k，QUS2 k)；并且在该验证阶段期间，分别在该流量计(1)和该超声波流量计(5)的同时得出的被测流量指示(QUS k，QFL k)之间或该流量计(1)的被测流量指示(QFL k)与该超声波流量计(5a，5b)的被测流量指示(QUS k，QFL k)的平均值(B)之间的相应偏差(C)超过预定偏差界限的情况下发出报警，基于该偏差(C)的确定所固有的测量不确定性(A)来设定该预定偏差界限。
Description
技术领域
本发明涉及一种流量计的管线内验证方法，该管线内验证方法是通过确定待验证流量计的被测流量指示与一个或两个与该待验证流量计同样安装的夹合式超声波流量计的被测流量指示之间的偏差。
背景技术
流量计是用于测量经过管道的介质的流量的常用设备。在各个工业分支中，例如在化学工业或制药业中，使用通过流量计获得的被测流量指示来控制复杂的工业过程。
市场上存在各种各样的流量计，它们根据各种不同的测量原理操作，如例如超声波流量计、科里奥利流量计、旋涡流量计或电磁流量计。
为确保流量计满足规定的测量精度，在将它们首次安装之前将其校准。校准是将在预限定的条件下由待校准的流量计获得的测量指示与对应的参考或标准进行比较的过程。在此程度上，需要知道或确定对应的参考或标准的精度必须至少与针对测试中的流量计规定的测量精度一样精确，优选比其更精确。因此定期在特别设计的校准台上执行流量计校准，该校准台能够产生经过测试中的流量计的可精确确定的流量和/或能够传送经过测试中的流量计的可精确确定量的介质。
假设校准显示测试中的流量计的被测流量指示不如所规定精确，则基于校准数据调整流量计，并且执行重新校准，直到所达到的测量精度符合规定的测量精度。例如，通过将在校准期间确定的最大测量指示误差与最大容许误差进行比较来确定符合性。最大容许误差是流量计在仍符合规定的测量精度的同时可以具有的最大测量指示误差。
随后将流量计安装在测量场点并且投入操作。在流量计的寿命期间，由于老化、环境条件或其它影响，其测量性质可能改变。
因此，为了在流量计的长期操作期间保证规定的测量精度，定期重新校准流量计，例如一年一次。由于重新校准通常需要使用特别设计的校准台，因此无法在测量场点在流量计的正常操作期间管线内执行重新校准。因此，重新校准是时间和成本密集的，因为其通常需要中断测量场点处的进行中的生产过程。
为避免或至少减少重新校准所涉及的时间和成本，把另外的流量计与被考虑的流量计同样地安装，并且基于现场的两个流量计的被测流量指示之间的偏差来验证流量计的正确操作是可行的。在此方面，非入侵性超声波流量计，包括将夹在管道的外侧的超声波换能器，将是最合适的，因为其可以容易地根据需要安装在现场而不用中断该地点处的进行中的生产过程，并且在每次验证之前正确地重新校准。
在有利的条件下，超声波流量计达到被测流量的约2％的测量精度。因此，其呈现远远不如例如通常达到在1％的范围内的测量精度的旋涡流量计、通常达到在0.2％-0.5％的范围内的测量精度的电磁流量计或达到在0.1％的范围内的测量精度的科里奥利流量计精确的测量结果。将超声波流量计的被测流量指示QUS与待验证流量计的被测流量指示QFL之间的偏差确定为其差Δ，由下式给出：
Δ＝QFL-QUS (1)
因此，根据例如在国际标准组织的ISO Guide98-3中描述的不确定性传播律来将此偏差Δ的标准测量不确定性评估为等于：
其中，
uFL是流量计的标准测量不确定性，并且
uUS是超声波流量计的标准测量不确定性。
因此，对于具有2％的测量精度的超声波流量计和具有0.5％的测量精度的流量计来说，当考虑等于测量精度的一半的标准测量不确定性时，该偏差的标准不确定性将总计1.03％。因此，对应于此假设的扩展不确定性总计2.03％。因此，在可接受的置信水平下，可以仅将两个流量计的大于被测流量的2.06％的对应测量指示之间的偏差Δ识别为由于待验证流量计的受损测量性质而导致。较小偏差不呈现关于待验证流量计的测量性质的信息，因为其在验证方法的测量不确定性内。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种借助夹合式超声波流量计的流量计管线内验证方法，其具有方法所固有的低不确定性。
在此程度上，本发明包括一种流量计的管线内验证方法，其包括准备阶段和至少一个验证阶段，其中，准备阶段包括以下步骤：
-校准流量计并且在测量场点将其安装在流管线中，
-将经校准的夹合式超声波流量计与该流量计同样地安装在相同的流管线上，
-设定超声波流量计，使得基于被测流量指示对由超声波流量计测量的流量依赖量和测量场点固有的参数的预定值的预定函数依赖性，来产生被测流量指示，测量场点所固有的参数的预定值包括流管线的内径的预定值。
-利用超声波流量计和流量计来同时测量经过流管线的流量，并且记录预定数量的它们同时得出的被测流量指示，并且
-基于所记录的被测流量指示和超声波流量计的被测流量指示的函数依赖性来确定虚拟管道直径，该虚拟管道直径如果在同时测量期间被应用，则使流量计和超声波流量计的对应的被测流量指示之间的差最小化，并且
其中，验证阶段包括以下步骤：
-以与在准备阶段期间相同的方式安装超声波流量计，并且对其进行设定以基于虚拟管道直径确定其被测流量指示，
-利用流量计和超声波流量计来同时测量经过流管线的流量，
-确定流量计和超声波流量计的同时得出的被测流量指示之间的偏差，并且
-在偏差超过预定偏差界限的情况下发出报警，基于偏差的确定所固有的标准测量不确定性来设定该预定偏差界限。
根据本发明的实施例，偏差是由超声波流量计的被测流量指示与待验证流量计的同时得出的被测流量指示之间的差给出的简单偏差。
根据优选实施例，偏差是由在验证阶段期间执行的预定数量的流量测量期间得出的待验证流量计的被测流量指示与超声波流量计的同时得出的被测流量指示之间的差的平均值给出的平均偏差。
根据对按照本发明的方法的改进，偏差的确定所固有的标准测量不确定性仅包括流量计的不确定性的贡献和超声波流量计的被测流量指示的可重复性的贡献。
本发明还包括流量计的第二管线内验证方法，该方法包括准备阶段和至少一个验证阶段，其中，准备阶段包括以下步骤：
-校准流量计并且在测量场点将其安装在流管线中，
-将两个经校准的夹合式超声波流量计与该流量计同样地安装在相同的流管线上，
-设定超声波流量计，使得基于被测流量指示对由超声波流量计测量的流量依赖量和测量场点所固有的参数的预定值的预定函数依赖性，来产生被测流量指示，测量场点所固有的参数的预定值包括流管线的内径的预定值，
-利用超声波流量计和流量计来同时测量经过流管线的流量，并且记录预定数量的它们同时得出的被测流量指示，并且
-基于所记录的被测流量指示和超声波流量计的被测流量指示的函数依赖性来确定虚拟管道直径，该虚拟管道直径如果在同时测量期间被应用，则使超声波流量计的同时得出的被测流量指示的平均值和流量计的同时得出的被测流量指示之间的差最小化，并且
其中，验证阶段包括以下步骤：
-以与在准备阶段期间相同的方式安装超声波流量计，并且对它们中的每一个进行设定以基于虚拟管道直径确定其被测流量指示，
-利用流量计和超声波流量计来同时测量经过流管线的流量，
-确定流量计的被测流量指示与超声波流量计的同时得出的被测流量指示的平均值之间的偏差，并且
-在偏差超过预定偏差界限的情况下发出报警，基于偏差的确定所固有的标准测量不确定性来设定该预定偏差界限。
根据第二方法的实施例，偏差是由超声波流量计的同时得出的被测流量指示的平均值与待验证流量计的同时得出的被测流量指示之间的差给出的简单偏差。
根据第二方法的优选实施例，偏差是由在验证阶段期间执行的预定数量的流量测量期间得出的超声波流量计的同时得出的被测流量指示的平均值与待验证流量计的同时得出的被测流量指示之间的差的平均值给出的平均偏差。
根据第二方法的改进，偏差的确定所固有的测量不确定性仅包括流量计的不确定性的贡献和超声波流量计的被测流量指示的平均值的可重复性的贡献。
根据按照本发明的两种方法的实施例，传送经过流管线的介质的流量是在准备阶段和验证阶段期间提供跨越流管线的内部的相同流量剖面的可再现流量。
根据按照本发明的两种方法的另一实施例，定期地、周期性地或者根据需要来执行验证阶段。
根据按照本发明的两种方法的又一实施例，
-在流量计的相继执行的重新校准之间执行一个或多个验证阶段，并且
-基于在验证阶段期间确定的偏差确定相继的重新校准之间的时间间隔。
附图说明
使用附图中的图来更详细地解释本发明和其它优点，在附图中示出一个示范性实施例。贯穿各图，相同的参考符号标示相同的元件。
图1示出：根据本发明的用于执行管线内验证的测量布置。
图2示出：图1的夹合式超声波流量计的测量单元；以及
图3示出：被测的量和测量场点所固有的参数的不确定性对图1和图2示出的超声波流量计的整体测量不确定性的贡献。
具体实施方式
图1示出用于待验证流量计1的管线内验证的测量布置，包括流管线3、待验证流量计1和夹合式超声波流量计5。
待验证流量计1可以是任何类型的流量计，例如科里奥利流量计、旋涡流量计、电磁流量计或超声波流量计。
流管线3例如是图1所示的是用于输送流动介质的单个管道，或者是用于输送流动介质的经互连的管道、管线或导管的系统，以使相同的流量流过流管线3的整个长度。
例如，夹合式超声波流量计5是根据多普勒原理操作或者根据行进时间差原理操作的流量计，包括用于测量流量依赖量的测量单元7和电子器件9，用于基于被测流量指示Q对被测的量、对超声波流量计5所固有的参数以及对测量场点所固有的参数的函数依赖性来确定被测流量指示Q。
在多普勒原理的情况下，将预定频率的超声波信号经过管道壁发射到流动的介质中，并且评价其反射。根据多普勒原理，基于在所发射信号与其反射之间发生的频率偏移来确定介质的流速。因此，流管线的横截面积与流速的乘积提供经过流管线的介质的体积流量的度量。
根据行进时间差原理操作的超声波流量计基于在单个路径上沿着流动和逆着流动交替发射的例如脉冲或波束的超声波信号的通过时间的差来测量流量。
由于根据多普勒原理操作的超声波流量计可以仅在介质包含反射超声波信号的气泡、污染物或其它元素的应用中应用，因此基于如图1所示的根据行进时间差原理操作的超声波流量计5来详细描述本发明。然而，其能够相应地应用于根据多普勒原理操作的超声波流量计。
图2示出图1所示出的根据行进时间差原理操作的夹合式超声波流量计5的测量单元7的横截面图。其包括安装在流管线3的外侧的两个超声波换能器11，一个超声波换能器在另一个的上游。其相对于流管线3朝向彼此倾斜角度α。每个换能器11交替地充当用于传送超声波信号的发射机，并且用于接收由相应的另一个超声波换能器11朝其发射的超声波信号。每个换能器11经过其所安装到的管道壁区段将其信号发射到流管线3中。信号在相对的管道壁13处被反射并且行进经过流管线3的内部和相应的另一个换能器11安装到的管道壁区段，以由相应的另一个换能器11接收。由于顺流和逆流发射的信号沿着相同路径行进，因此超声波信号的上游和下游通过时间之间的差与介质的流速成正比。因此，流管线3的横截面积与流速的乘积提供体积流量的度量。
基于超声波传播的物理原理和测量单元7的性质，将流速设置为下述量的函数：顺流测量的行进时间tup和逆流测量的行进时间tdn、其时间差tdn-tup、管道3中的横断面(transverse)的数量n、流管线3的内径di、管道壁的厚度dr、超声波信号在管道壁内部的速度cr、超声波信号在经过流管线3流动的介质内部的速度cm、换能器11相对于流管线3以及相对于彼此的位置特别是其倾斜角度α和两者之间的距离dS。
在测量操作期间，超声波流量计5产生被测流量指示，该被测流量指示由该指示对被测流量依赖量、超声波流量计5所固有的参数的预定值，以及测量场点所固有的参数的预定值的预限定的函数依赖性确定的；被测流量依赖量在这里是顺流测量的行进时间tup和逆流测量的行进时间tdn和其时间差tdn-tup；超声波流量计5所固有的参数的预定值在这里是倾斜角度α、换能器11的位置、换能器11之间的距离ds和信号接收和处理所涉及的电子延迟te；测量场点所固有的参数的预定值在这里是管道壁的厚度dr、流管线3的内径di、超声波信号在管道壁内部的速度cr和超声波信号在介质中的速度cm。对于图2所示出的实施例来说，通过以下函数依赖性来确定被测流量指示：
其中：
n是管道内部的横断面的数量，
di是管道的内径，
tdn是逆流方向测量的行进时间，
tup是顺流测量的行进时间，
tv是信号在管道壁和换能器内部的行进时间，包括由于信号接收和其处理导致的电子信号延迟te，并且
γ是信号进入流管线3的内部的注入角度，是管道壁厚度dr、超声波信号在传感器内部的速度cs、超声波信号在管道壁内部的速度cr、超声波信号在介质内部的速度cm和注入角度α的函数。
被测的量和所涉及参数的值可以仅使用不确定性来确定，并且因此取决于其标称值、其不确定性的大小和所指示流量Q对相应的量或参数的函数依赖性而对所指示流量Q的整体测量不确定性做出贡献。
可以基于其相应的不确定性和所指示流量Q对相应的量或参数的函数依赖性来计算量和参数中的每一个的不确定性对超声波流量计5的整体测量不确定性的贡献。
虽然涉及大量参数和被测的量，但是可以表明，所指示的流Q的整体测量不确定性主要是由于流管线3的内径di的不确定性。
图3示出针对被测的量和参数的一组标称值的典型例子，被测的量和参数的不确定性对超声波流量计5的整体测量不确定性的贡献的分布的例子。通过对被测的量和参数的不确定性对超声波流量计5的所得到的整体测量不确定性的贡献的数值分析来确定贡献的这种分布。基于下表中的被测的量和参数的典型值和被测的量和参数的不确定性的典型值以及被测的流量指示Q对其值的函数依赖性来计算贡献。
| 被测的量/参数 | 标称值 | 不确定性 |
| 顺流测量的行进时间tdn | 1.346810-4s | 1e-10s |
| 逆流测量的行进时间tup | 1.345610-4s | 1e-10s |
| 换能器之间的距离ds | 1.28310-2m | 1％ |
| 管道壁厚度dr | 2.810-3m | 1％ |
| 超声波信号在管道壁中的速度cr | 3230m/s | 1％ |
| 超声波信号在介质中的速度cm | 1520m/s | 6％ |
| 超声波信号在传感器中的速度cs | 2511m/s | 0.5％ |
| 注入角度α | 38° | 0.5％ |
| 电子信号延迟te | 710-7s | 0％ |
| 管道的内径di | 8.6110-2m | 1％ |
由于现代换能器和信号处理技术，可以非常精确地确定被测的量。还精确地知道超声波流量计5的固有参数，因为可以以高精度直接确定或者通过对超声波流量计5的校准和对应调整间接确定超声波流量计5的固有参数。因此，正是测量场点所固有的参数的不确定性呈现对通过夹合式超声波流量计5可达到的测量精度的最大限制。
如可以在图3中看到，流管线3的内径di的不确定性导致超声波流量计5的指示的整体测量不确定性的大约80％。与此相比，具有在这里是6％的最高不确定性的、超声波信号在介质中的速度cm仅导致超声波流量计5的指示Q的整体测量不确定性的小于10％。因此，并不是具有最高不确定性的参数——在这里是超声波信号在介质中的速度cm——而是内径di对整体测量不确定性具有最大影响。
因此，如果能够减小或者甚至消除由于流管线3的内径di的不确定性导致的测量不确定性，则可以显著改善通过夹合式超声波流量计5可达到的测量精度。
可以基于根据多普勒原理操作的超声波流量计的流量指示的对应的函数依赖性针对这些流量计执行相同的不确定性分析，显示管道的内径的不确定性对这些设备的整体测量不确定性的类似的大贡献。
如上文所描述，由于由超声波流量计的测量所固有的大的不确定性主导的、偏差的确定所固有的相当大的测量不确定性，基于流量计的被测流量指示和与其同样地安装的超声波流量计之间的偏差来管线内验证流量计是有限制的。
为减小超声波流量计的测量不确定性对偏差的测量不确定性的贡献，本发明预见在稍后执行的验证阶段期间执行的任何验证之前的准备阶段的性能。
在准备阶段期间，校准稍后被验证的流量计1和夹合式超声波流量计5。在第一步骤中，在测量场点将经校准流量计1安装在流管线3上，并且将经校准超声波流量计5与待验证流量计1同样地安装，如图1所示。
下一步，基于测量场点固有的所需参数的已知值或预定值，使得两个流量计进入工作。对此，为超声波流量计5提供测量场点固有的参数的预定值，包括流管线3在超声波流量计5的位置处的内径di的值。管道直径di例如可以是流管线3的制造商规定的标称值或测量值。
市场上存在一些夹合式超声波流量计，其要求提供流管线3的外径而不是内径di。显然，由于外径由内径di与管道壁厚度dr之和给出，根据本发明的方法可以以相同方式应用于这些超声波流量计。仅仅是因为在物理上，夹合式超声波流量计的不确定性由内径di的不确定性主导，才基于内径di来详细描述本发明。然而，通过考虑管道壁厚度dr，可以基于外径以相同方式来执行本发明。
一旦经校准的流量计被安装并且进入工作，则经流管线3传送介质，如图1的箭头所指示。优选以使介质产生可再现的经过流管线3的流量的方式来经流管线3传送介质。其优选为对于相应测量应用来说典型的流量并且因此可以在测量场点处的进行中的过程的正常操作期间容易地再现。在此，足以使发生的流量在流管线3的内部展现相同或至少类似的流量剖面。它们不必具有相同的标称流量值。
一旦已跨流管线3的内部建立稳定的流量剖面，则由流量计1和超声波流量计5同时测量经过流管线3的流量，并且记录预定数量n的同时得出的超声波流量计5的被测流量指示QUS k和流量计1的被测流量指示QFL k，其中k＝1、...、n。在此，例如，可以将两个流量计连接到便携式验证工具15，便携式验证工具15包括用于存储对应的被测流量指示QUS k、QFL k的存储器17。
在下一步骤中，基于两个流量计1、5的所记录的指示QUS k、QFL k和超声波流量计5的被测流量指示Q的函数依赖性来确定虚拟管道直径D。虚拟管道直径D是内径di的值，该虚拟管道直径如果在同时测量期间被应用，则最小化或者甚至消除流量计1和超声波流量计5的对应的指示之间的差。
可以通过重复测量流量、记录预定数量n的对应流量测量指示、计算例如对应的指示之间的平均差、相应地调整超声波流量计5中所存储的管道内径的值并且基于内径的经调整值重复整个过程循环直到达到对应的指示之间的最小平方差，而在迭代过程中凭经验确定虚拟管道直径D。
替代地，它可以基于由上文针对超声波流量计5的被测流量指示Q给出的公式给出的、指示Q对于流量测量期间由超声波流量计5应用的参数的值和被测的量的基本函数依赖性来被数值地确定。基于指示的函数依赖性，能够计算，如果在这些测量期间应用了直径di的不同值，则将由超声波流量计5的指示。因此，现在可以数值地改变管道直径di，以找出在流量计1的对应的指示与超声波流量计5基于管道直径di的相应值将产生的指示之间的平均差最小的值。优选在可以在例如微处理器的智能电子单元19上、在验证工具15上或者在远程计算机或其它机器上运行的对应软件中实施此算法，为其提供必要的数据和指示的函数依赖性。
在更简单的方法中，可以假设，可以将超声波流量计5的测量指示Q的函数依赖性表达为表示对参数和被测的量的依赖性和对内径di的函数依赖性的常数项c的函数，例如
在此情况下，针对流量计1和超声波流量计5的n个对应的被测流量指示QFL k、QUS k中的每一对，通过基于在这些测量期间应用的内径di和超声波流量计5的测量指示QUS k确定相应的常数ck来确定预备虚拟直径Dk：
并且将流量计1的测量指示QFL k设定为等于超声波流量计5基于此常数ck根据此方法将指示的测量指示Q(Dk)。
随后将虚拟直径D设定为等于所有n个预备虚拟直径Dk的平均值。这使基于虚拟直径D确定的超声波流量计的测量指示QUS(D)的平均值变为等于由待验证流量计1指示的测量指示QFL的平均值。因此，两个指示之间的差的平均值趋向于0。
将虚拟管道直径D与测量场点的参数的所有其它值一起存储。
尽管流量计1在准备阶段完成之后留在原位，但是可把超声波流量计5从该地点取出并且在其它应用中使用。此外，可以在校准台上频繁重新校准超声波流量计5，以总是确保其维持其最初的测量精度。
每当例如根据安全标准期望或需要验证测量场点的流量计1时，这可以通过执行以下描述的根据本发明的验证阶段在不移除测量场点的流量计1的情况下容易地进行。
在验证阶段期间，将优选地最近经重新校准的超声波流量计5以与在准备阶段期间相同的方式安装在测量场点，并且对其进行设定以基于在准备阶段期间确定的虚拟管道直径D的值确定其被测流量指示QUS k。
如在准备阶段期间，经流管线3传送介质，如图1的箭头所指示。优选以与在准备阶段期间相同的方式将介质传送经过，使两个流量计1、5经历与在准备阶段期间相同的测量条件。
一旦已跨流管线3的内部建立稳定的流量剖面，则利用待验证流量计1和超声波流量计3来同时测量此流量，并且记录来自两个设备的预定数量m的对应的被测流量指示QUS k、QFL k。在此，可以再次将两个流量计连接到便携式验证工具15，便携式验证工具15包括用于存储对应的被测流量指示的存储器17。
基于所存储的指示QUS k、QFL k，确定流量计1和超声波流量计5的同时得出的指示之间的偏差并将其与预定偏差界限进行比较。
如果在验证阶段确定的偏差在偏差界限内，则流量计1通过验证。如果偏差超过偏差界限，则发出需要采取额外动作的报警。
可以将偏差界定为简单的偏差Δ，该简单的偏差Δ确定为超声波流量计5的任何被测流量指示QUS k与待验证流量计1的同时得出的被测流量指示QFL k之间的差Δk＝QUS k-QFL k。
优选不基于由差Δk给出的简单偏差Δ来执行验证，而是基于由这些差的平均值给出的平均偏差 随后将该平均偏差与平均偏差的偏差界限进行比较来执行验证。
与以上给出的关系(2)相对应，平均偏差的标准测量不确定性包括考虑流量计1的不确定性uFL的项和考虑超声波流量计5在准备阶段期间的不确定性的项。由于虚拟直径D的使用，将超声波流量计5的不确定性减小到考虑超声波流量计5的测量指示QUS k的可重复性srepeat的项。原因是，通过使用在准备阶段期间确定的虚拟直径D补偿超声波流量计5的所有系统测量误差。
例如，可以基于在验证阶段期间获得的m个测量指示QUS k，通过以下关系来确定可重复性srepeat：
其中，
因此，由差Δk的平均值给出的平均偏差的不确定性变为：
在此公式中，考虑流量计1的测量不确定性uFL的项不除以因数m，因为虚拟直径D是基于展现此不确定性uFL的此流量计1的测量指示QFL确定的。因此，此不确定性uFL导致未经校正的系统误差，其不除以所执行的测量的数目m。
在公式(4)中，通过将m设定为等于1来获得简单偏差Δ的不确定性uΔ。
再次考虑上文针对在具有0.5％的测量精度和等于其测量精度的一半的不确定性uFL的待验证流量计1的现有技术中使用的验证方法给出的数值例子，并且在验证阶段期间应用0.3％的夹合式超声波流量计的典型可重复性srepeat和m＝10的流量测量数量，方程式(4)呈现平均偏差的标准不确定性
在这个例子中，如果在验证阶段期间仅执行单个测量(m＝1)，则简单偏差Δ的标准不确定性uΔ将仍仅总计0.39％。
在m＝10和甚至m＝1的两种情况下，标准不确定性uΔ远远低于针对根据在引言中描述的现有技术的方法获得的1.03％的标准不确定性。
优选基于所应用的偏差的标准不确定性来设定偏差界限。例如，可以将其设定为等于标准不确定性uΔ、的两倍。
优选基于测量场点的具体要求来确定偏差界限。设定较高的偏差界限从而允许较大偏差降低了假报警的概率。同时，其限制能通过验证的测量精度的范围。另一方面，低偏差界限增加能通过验证的测量精确性的范围，但是增加假报警的概率。
显然，报警可能由流管线3内的受损的管道完整性、由超声波流量计5的受损的测量性质或者由待验证流量计1的受损的测量性质导致。由于在大多数情况下可以容易地检查流管线3的管道完整性，因此这优选是所采取的第一个动作。可以通过重新校准超声波流量计5来确认超声波流量计5的正确操作，这优选在验证阶段之前进行。因此，一旦确认超声波流量计5的管道完整性和正确操作，则报警将引起针对待验证流量计1的重新校准建议。
也可以由便携式验证工具15来执行偏差的确定、其与偏差界限的比较和对应的报警或验证的指示。
可以定期地、周期性地或者根据需要来执行验证阶段。取决于具体应用的要求，可以应用根据本发明的方法以降低重新校准成本或者增强在定期进行的重新校准之间由通过验证的流量计1获得的测量指示的置信度。
为降低校准成本，在流量计1的相继执行的重新校准之间执行一个或多个验证阶段，从而允许延长相继的重新校准之间的时间间隔。在此程度上，例如可以周期性地执行相继的验证阶段，只要在其中确定的偏差不超过偏差界限便可。在此时间期间，根据本发明的管线内验证确保流量计1符合方法特有的测量精度，对应于由申请者设定的偏差界限。在此情况下，仅当偏差超过偏差界限时执行重新校准。
为增强流量计1的测量指示QFL的置信性，可以在定期进行的重新校准之间执行验证阶段作为额外的安全措施，从而允许用户在相继的重新校准之间的时间间隔期间注意到与方法特有的精度的偏差。
可以通过在准备期间以及在验证阶段期间应用两个相同的夹合式超声波流量计5a、5b来进一步改善方法特有的可验证的测量精度。两个超声波流量计5a、5b优选彼此靠近地安装在流管线3上。其优选以90°的角度朝向彼此安装，以使其中第一超声波流量计5a的超声波信号被发射经过流管线3的传播平面垂直于其中第二超声波流量计5b的超声波信号被发射经过流管线3的传播平面。
再次执行准备阶段，其中，同时通过流量计1、第一超声波流量计5a和第二超声波流量计5b来测量经过流管线3的流量，并且记录两个超声波流量计5a和5b以及流量计1的预定数量n的同时得出的被测流量指示QUS1 k、QUS2 k、QFL k，其中k＝1、...、n。在准备阶段期间，基于相同组参数来操作两个超声波流量计5a、5b，该相同组参数包括流管线3的内径di的相同值。
如在前一实施例中，针对每一组被测流量指示QUS1 k、QUS2 k、QFL kDk计算虚拟直径Dk。然而，此时，使用超声波流量计5a、5a的被测流量指示QUS1 k、QUS2 k的平均值，而不是使用单个超声波流量计5的所量测流量指示QUS K。例如，这可以简单地通过在用于确定以上由被测流量指示QUS1 k、QUS2 k的平均值给出的常数ck的方程式中替换单个超声波流量计5的被测流量指示QUS K并且从那里如上文所描述继续进行来进行。
此外，随后将虚拟直径D设定为等于所有n个预备虚拟直径Dk的平均值，从而将被测流量指示QUS1 k、QUS2 k的平均值与流量计1的被测流量指示QFL k之间的差的平均值减小为0。
在每个验证阶段期间，将优选最近经重新校准的超声波流量计5a、5b以与在准备阶段期间相同的方式重新安装在测量场点，并且对其两者进行设定以基于在准备阶段期间确定的虚拟管道直径D的值确定其被测流量指示QUS1 k、QUS2 k。
在该验证阶段期间，利用待验证流量计1和两个超声波流量计5a、5b来同时测量流量，并且记录待验证流量计1和两个超声波流量计5a、5b的预定数量m的同时得出的被测流量指示QFL k、QUS1 k、QUS2 k。
如在前一实施例中，基于所存储的指示QUS1 k、QUS2 k、QFL k来确定偏差并且将其与预定偏差界限进行比较。
在此实施例中，由流量计1的被测流量指示QFL k与两个超声波流量计5a、5b的被测流量指示QUS1 k、QUS2 k的平均值之间的差Δk给出简单偏差Δ：
此外，优选基于被确定为这些差Δk的平均值的平均偏差来执行验证。随后基于平均偏差的不确定性将平均偏差与以与上文所描述相同的方式界定的预定偏差界限进行比较，在此实施例中，不确定性由下式给出：
其中，额外的系数2是由于使用两个超声波流量计5a、5b的被测流量指示QUS1 k、QUS2 k的平均值导致的。
如在前一个例子中，在验证阶段期间确定的平均偏差超过设定的偏差界限的情况下发出报警，从而引起上文所描述的额外动作。显然，当应用两个超声波流量计5a、5b时，需要确认两者的正确操作。这可以通过在验证阶段之前重新校正两者来进行。代替此或除此之外，可以在准备阶段期间以及在验证阶段期间基于其测量指示QUS1 k、QUS2 k容易地执行两者之间的交叉检查。
根据本发明的方法不仅显著减小使用超声波流量计的管线内验证所涉及的测量不确定性，而且它的执行还可以满足关于可追踪性的要求，因为可以使用可追踪的超声波流量计5、5a、5b，方法本身遵循严格界定的程序，并且知道方法、特别是偏差的确定的测量不确定性。
1 主流量计
3 管道
5 夹合式超声波流量计
7 测量单元
9 电子器件
11 换能器
13 相对的管道壁
15 便携式验证工具
17 存储器
19 智能电子单元
Claims (14)
1.一种流量计(1)的管线内验证方法，所述方法包括准备阶段和至少一个验证阶段，其中，所述准备阶段包括以下步骤：
-校准所述流量计(1)并且在测量场点把它安装在流管线(3)中，
-把经校准的夹合式超声波流量计(5)与所述流量计(1)同样地安装在相同的流管线(3)上，
-设定所述超声波流量计(5)以产生被测流量指示(QUS k，QFL k)，该指示(QUS k，QFL k)是基于该指示对所述超声波流量计(5)测量的流量依赖量和所述测量场点固有的参数的预定值的预定函数依赖性而产生的，所述测量场点固有的参数的预定值包括所述流管线(3)的内径(di)的预定值，
-利用所述超声波流量计(5)并且利用所述流量计(1)同时测量经过所述流管线(3)的流量，并且记录预定数量(n)的它们同时得出的被测流量指示(QUS k，QFL k)，并且
-基于所记录的被测流量指示(QUS k，QFL k)和所述超声波流量计(5)的被测流量指示(QUS k)的函数依赖性来确定虚拟管道直径(D)，如果在所述同时测量期间应用所述虚拟管道直径，则使所述流量计(1)和所述超声波流量计(5)的对应的被测流量指示(QUS k，QFL k)之间的差最小化，并且
其中，所述验证阶段包括以下步骤：
-按照与所述准备阶段期间相同的方式安装所述超声波流量计(5)，并且对它进行设定以使得基于所述虚拟管道直径(D)确定它的被测流量指示(QUS k)，
-利用所述流量计(1)和所述超声波流量计(5)同时测量经过所述流管线(3)的流量，
-确定所述流量计(1)和所述超声波流量计(5)的同时得出的被测流量指示(QUS k，QFL k)之间的偏差(Δ，)，所述偏差(Δ，)的确定具有固有的标准测量不确定性(uΔ，)，并且
-在所述偏差(Δ，)超过预定偏差界限的情况下发出报警，基于所述固有的标准测量不确定性(uΔ，)来设定所述预定偏差界限。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述偏差是用所述超声波流量计(5)的被测流量指示(QUS k)和待验证的所述流量计(1)的同时得出的被测流量指示(QFL k)之间的差(Δk)给出的简单偏差(Δ)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述偏差是用所述验证阶段期间执行的预定数量(m)的流量测量期间得出的所述超声波流量计(5)的同时得出的被测流量指示(QUS k)和待验证的所述流量计(1)的被测流量指示(QFL k)之间的差(Δk)的平均值给出的平均偏差
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述偏差(Δ，)的确定所固有的标准测量不确定性(uΔ，)仅包括所述流量计(1)的不确定性(uFL)的贡献和所述超声波流量计(5)的被测流量指示(QUS k)的可重复性(srepeat)的贡献。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述准备阶段和所述验证阶段期间，经过所述流管线(3)输送的介质的流是提供跨所述流管线(3)的内部的相同流量剖面的可再现流。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，定期地、周期性地或者根据需要来执行所述验证阶段。
7.根据权利要求1所述的方法，其中
-在所述流量计(1)的相继执行的重新校准之间执行一个或多个验证阶段，并且
-基于在所述验证阶段期间确定的所述偏差(Δ，)来确定在相继的重新校准之间的时间间隔。
8.一种流量计(1)的管线内验证方法，所述方法包括准备阶段和至少一个验证阶段，其中，所述准备阶段包括以下步骤：
-校准所述流量计(1)并且在测量场点把它安装在流管线(3)中，
-把两个经校准的夹合式超声波流量计(5a，5b)与所述流量计(1)同样地安装在相同的流管线(3)上，
-设定所述超声波流量计(5a，5b)以产生被测流量指示，所述被测流量指示是基于该被测流量指示对所述超声波流量计(5a，5b)测量的流量依赖量和所述测量场点固有的参数的预定值的预定函数依赖性而产生的，所述测量场点固有的参数的预定值包括所述流管线(3)的内径(di)的预定值，
-利用所述超声波流量计(5a，5b)并且利用所述流量计(1)来同时测量经过所述流管线(3)的流量，并且记录预定数量(n)的它们同时得出的被测流量指示(QUS1 k，QUS2 k，QFL k)，并且
-基于所记录的被测流量指示(QUS1 k，QUS2 k，QFL k)和所述超声波流量计(5)的被测流量指示的函数依赖性来确定虚拟管道直径(D)，如果在所述同时测量期间应用所述虚拟管道直径，则使所述超声波流量计(5a，5b)的同时得出的被测流量指示(QUS1 k，QUS2 k)的平均值和所述流量计(1)的同时得出的被测流量指示(QFL k)之间的差最小化，并且
其中，所述验证阶段包括以下步骤：
-按照与所述准备阶段期间相同的方式安装所述超声波流量计(5a，5b)，并且对它们中的每一个进行设定以使得基于所述虚拟管道直径(D)确定它的被测流量指示(QUS1 k，QUS2 k)，
-利用所述流量计(1)和所述超声波流量计(5a，5b)来同时测量经过所述流管线(3)的流量，
-确定所述流量计(1)的被测流动指示(QFL k)和所述超声波流量计(5a，5b)的同时得出的被测流量指示(QUS1 k，QUS2 k)的平均值之间的偏差(Δ，)，所述偏差(Δ，)的确定具有固有的标准测量不确定性(uΔ，)，并且
-在所述偏差(Δ，)超过预定偏差界限的情况下发出报警，基于所述固有的标准测量不确定性(uΔ，)来设定所述预定偏差界限。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述偏差是用所述超声波流量计(5a，5b)的同时得出的被测流量指示(QUS1 k，QUS2 k)的平均值和待验证的所述流量计(1)的同时得出的被测流量指示(QFL k)之间的差(Δk)给出的简单偏差(Δ)。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述偏差是用所述验证阶段期间执行的预定数量(m)的流量测量期间得出的所述超声波流量计(5a，5b)的同时得出的被测流量指示(QUS1 k，QUS2 k)的平均值和待验证的所述流量计(1)的同时得出的被测流量指示(QFL k)之间的差(Δk)的平均值给出的平均偏差
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述偏差(Δ，)的确定所固有的测量不确定性(uΔ，)仅包括所述流量计(1)的不确定性(uFL)的贡献和所述超声波流量计(5a，5b)的被测流量指示(QUS1 k，QUS2 k)的平均值的可重复性(srepeat)的贡献。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述准备阶段和所述验证阶段期间，经过所述流管线(3)输送的介质的流是提供跨所述流管线(3)的内部的相同流量剖面的可再现流。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，定期地、周期性地或者根据需要来执行所述验证阶段。
14.根据权利要求8所述的方法，其中
-在所述流量计(1)的相继执行的重新校准之间执行一个或多个验证阶段，并且
-基于在所述验证阶段期间确定的所述偏差(Δ，)来确定在相继的重新校准之间的时间间隔。
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