【国家标准(GB)】 封闭管道中流体流量的测量 热式质量流量计

[CS 17. 120, 10
中华人民共和国国家标准
GB/T 20727--2006/IS0 145112001封闭管道中流体流量的测量
热式质量流量计
Measurement of fluid flow in closed conduits-Thermal mass flowmeters(IS0 14511:2001,JJT)
2006-12-13发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2007-07-01实施
CB/T 20727—2006/ES0 14511:2001前言
规范性引用文件
3术语和定叉
3.1常用术语
3.2专用术语
热式质量流量计的选型
毛细管热式质量流量计(CTMF流量计)5
测量原理
典型结构
应用和使用限制
流量计的选择
安装和试运行
插人式和（或）管道式热式质量流量计(ITMF流量计)6.1
鸿蛋原理
典型结构·
应用和使用限制
流量计的选择
安装和试运行
仪表规格单和标志
用户规格单
制造厂数据单
标志·
8校准
使用待测过程气体·
使用替代气体
现场校摊
插人或ITMF流量计
校准周期…
校准址书
安装前的检查和测试
日视检查
10.3功能测试免费标准下载网bzxz
记录保存(维护评审跟踪)
参考文献
GB/T 20727—2006/IS0 14511:2001本标准旨在对热式气体质量流量计的技术条件，测试、检查、安装、操作和校准提供指导。本标准等同采用1S014511，2001《封闭管道中流体流量的测量热式质量流量计》（英文版）。本标准等同翻译IS014511:2001。本标准在制定时按GB/T1.1一2000《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则\和GH/T20000.2一2001标准化工作指南第2部分：采用国际标准的规则的有关规定做了如下编辑性修政：
删除广ISO标准的前言，
—原引用标准的引导语按GH/T1.1一2000的规定改成规范性引用文件的引导语；“本国际标准”一词改为“本标准”。本标推由中国机械工业联合会提出。本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第一分技术委员会归口。本标准负责起草单位：上海工业自动化仪表研究所。本标准参加起草单位，上海仪器仪表及白控系统检验测试所、矽翔微机电系统（上海）有限公司、上海建恰白动化仪表有限公司、上海奇琳实业有限公司。本标准主要起草人·李明华、業闻智、谢承炎、范德林、蓝道宽本标准为苔次发布。
1范面
GB/T 20727—2006/IS0 14511+2001封闭管道中流体流的测
热式质量流量计
本标准提山的技术条件.测试.检查安装、操作和校准指南适用于测量各种气体和混合气体的热式气体质量流量计，不适用于采用热式质量疏量计测量液体质量流量。本标准不适用于测量点速度的热线风速计私其他热膜风速计。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标推的条款。凡是注期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容或修订版均不适用于本标推，然而，鼓励根据本标达成协设的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T17611封闭管道中流体流量的测量术语和符号(GB/T17611--1998,itllISO4006:1991)GB/T17626（所有部分）电磁兼容试验和测量技术(idtIEC61000-4)IS07066-2流量测量装置在校准和便用中的不确定度的评估第2部分非线性校准关系测量不确定的表示方法(UM)、BIPM、IEC、IFCC.ISO、IUPAE、IUPAP、UIML,第一版，于1995年更正和再版
3术语和定义
GB/T17611确立的以及下列术语和定义适用于本标准。注：术语“气体\作为单一气体，癌台气体和汽的同义字，3. 1常用术语
流量 flowrate
流经管道机截面的流体量与该量通过该截面所用时间之比。往：除另有说明外,术语“流量\在本标准中作为质量殖量的同义间。3. 1. 2
质量流量massflowrate
流体量用质量表示的流盘。
注，除另有说明外，术语\流量”在本标准中作为质量流景的同义间。3.1.3
测量精确度 accuracy of measurement测量结果与被测量真值的一致程度，注，精确度是一个定性的概念，3. 1. 4
测量不确定度
uncertaintyofmeasurenent
与测量结果相关,表征被测量合理赋值弥的参数。3.1.5
重复性repeatahility
在相同的测量条件下，测量仪表对多欲施加的同一被测量给出极为近似的示值的能力。1
GB/T20727—-2006/ISO14511+2001注：这些条件包括：
由观诞者造成的变化量小
—相同的测量程序;
一间一观测者：
在相同的条件下使用相同的测量装置；相同的场所，
在短时间内重复洲盘，
流动削面flowprofile
速度分布的图解袭示。
注，通过管道裁面的点滋速不是固定的。它因上，下游优动皮随着流动随的前诺数而变化，对于充分发展的流动，点流速从管处的0M/s变化到管道中心的最大流逆。疏动创面描述了通过管道模截面的流速变化并且可以用效学或图解来表示。
3.2专用术语
检测元件yensor
测量仪表或测量链内直接感受被测量的元件。3.2.2
厘流元件Iaminarflowelement
插在气流中，使主气流与通过检测元件的旁通气流之间形成一个恒定比值的元件。3. 2. 3
热式质量流量计
thermal mass flowmeter
TMF流量计TMFmeter
利用热传逆原理测和指示质量流量的统量测量装置。法，术语“势式质量流质让”还适用于势式质最滤量掠制器的测量分，但不适用于其控制功能。3. 2. 4
毛细热式质统盘计capillarythermalmassfowmeterCTMF 流量计 CTMF meter
通常层流元件，旁通管（毛细管），温度传感器（某些结构形式含有单独的加热器)组成开配有辅助电了装置和外壳的 TMF 流量计。3.2. 5
摘入式和(或)管道式热式质量统量计 Imsertiou and/or in-Hine thermal magg flawneterIIMF 流量计 ITMF meter
通常由一个或两个温度传感器（某些构形式含有单独的加热器）组成并配有支承结构，电子装置和外壳,温度传感器直接暴露在个气流中的 TMF流意计。3. 2. 5. 1
插入式 ITMF流量计linsertion-ITMF meter检测元件安装在探杆上，通过过程道的普壁插人到气流中的 ITMF流量计。3. 2. 5. 2
管道式ITMF流量计in-lineITMFnieter检测元件安装在作为管道一部分的表体内的JTMF流量计。3. 2. 6
热式质量流量控制器thermal massflowycntroller由出TMF流量计、阅和电子控制装置组成的流量控制装置。注,TMF的糖出与可调整的设定点相比较,间相应地开或关,使被测流量保持在设定值。2
转换器trnsmnfller
CB/T 20727——2006/IS0 14511:2001为电加热器摄供电源并将来自滤度传識器的信号转换成被测拳数输出的相关电气装置。注，转换器可与TMF流量计组成一体，但在某些应用场合也可以安装在远离流量检副元件的位置，3. 2. B
收放机构Fetractormcchanism
(插入式ITMF流量计)包含一个隔离阀，以使流量检测元件在管道中定位和(或)取出的机械装置。3.2.9
范围度rangeabilty
检测元件可以测量和指示的最小和最大限值的声明。例如, 最大流量=1 000 kg/h,量小疏量= 10 kg/h,范用度是 10 kg/h~1 000 kg/ h,3.2.9.1
可调比 turndown
检测元作可以测量的最大限值与最小限值的数值比。例如: 最大流量—1 000 kg/h,最小流置=10 kg/n 时,可调比是 1 000/10=10D v 1 。注：在实际应用中，术语\范图度“和”可调比”可互换便用·并与不确定度市明相关。3.2.10
k系数k-factor
每一台TMF流量计所独有的用数字表示的系数。它与质量流量有关，是通过较取得的：将该系数编人转换器的程序中可保证流量计按指定的技术要求工作，注，采用替代气体进行校准时，用生产厂的气体系数表或数据库转换成过程条件下所要测量的气体。3.2.11
标准体流Horralized volunetrieflowrate（CB）standardizedvolumetric flawrate（US）计算出已知和固定压力和温度条件下的流体帮度，用体积来表示流体量的流量。注 1:各行业和务国家所确定的这些参比象件(也称作“标准参比紊件\)的值各不相同,因而在使用时应明确说明。典型的参比条件是0℃和101,325kPa。注2，CTMF和ITMF流量计通常采用标准体积单位或标准参比录件的规定体积单位（如Nm/h)，但此类单位既非国际单位制的单位也不是符号，并且在不了解参比条性的情况下使用将会导致重大错误，因此不推荐采用这种做法，本标准莱用在标准萝比条件的规定体积单位后如“（标谁学样的表示方式，如而标准）3.2.12
标准流递ormalized velocity(GB),staadardized velocity (US)计算出已知和固定的压力和温度条件下的流体密度，用流速来表示流体量的流量。住1：各行业和各国家所确定的这些参比条件（也叫做“标雅势比录件\的值各不相同.国而在使用时应明确说明。典型的参比条件是0七和101.325kPa，往2：CTMF 和 ITMF 流量计通常采用标准体积单位或标准象比条件下的规定体积单位(如 Nm/s)r但此类单位既非国际单位制的单位也不是符号，并且在不了解餐此条件的情院下使用将会导致重大错误，因此不推荐采用这种做法。本标准采用在标准参比条件的娩定体积单位后加\（标难）\宁样的表示方战，如：m/s（标准）。4热式质量流量计的选型
TMF 流量计分成两种基本类型：a）毛细管 TMF流量计(CTMF流量计)。）全孔TMF流量计,包括下列两种型式：1）插人式！
2）管道式。
GB/T20727—2006/IS0145112001对于不同的应用场合，流量计的选型主要依据：所需的流量和范围：
气体的清洁度：
管道的直径。
如表1所示，两种基本类型TMF流量计的流量范围和管道直径有重叠。还有其他一些因素可能会影响最终根据应用场合选择流量计。表1只是一个指南，具体限值应参考制造厂的技术条性。表 1 TMF 流量计初步选型恢据
典型流量范围
典型管径
气体条件
气体温度
CTMF流量计
管遗式
IT MF 流置 计
插人式
0.22kg/h7000kg/h-h
在0℃和101.325kPa比
条件下≤2 000 m /h
3 mm~200 mm
清洁、干燥
流量范用取决于管径。
6列举的是空气或气的流量范围。8 mm--200 mm
最好清洁、干燥
此为80mm管道中的最小流量。在大管径管道中流量可超过100t/h。 ITMF 流量计可用于不干净的和(或)潮湿的气体,但其性能有所下降。5 毛细管热式质量疏量计(CTMF 疏量计)5.1测量原理
>5 kg/h-b.
典型的CTMF流量计由表体和流量检测元件组成。流量检测元件安装在表体内与之构成一个整体。流经表体的一部分规定量的气体转入（旁通）流量检测元件，由此测出气体流量。图1所示为一个简化的CTMF流量计，典型的流量检测元件由一根薄壁管和两个温度传感器组成。加热器的设置取决于制造厂，可以和每个温度传感器组合在一起，也可以单独设置在流量检测元件的中部，即设置在气流上游的温度传感器（T）与气流下游的温度传感器（T,)中间。由一个精密的电源给流量检测元件提供恒定的热量。在流体静止的条件下，两个传感器测得的温度相同。当流量增大时，热量从上游传感器（T，）传向下游传感器（T，）。由一个桥路判读两者的温差，并出一个放大器提供流量输出信号。两个传感器之间的温鉴与质量流量成正比。流量检测元件测量的质量流量是湿差的函数。根据热力学第一定律（无损失条件下，吸热一放热），它可由下式表示：
或将式(1)量新排列成：
式中：
质量流显,kg/51
气体的定压比热容，J/(kg·K）T.-. T—温差,K;
恒定输入功率，W；
(P-L) × fcTME
t(T=T)
+++++++-(2)
-末端传导损失”,W;
与CTMF流量计结构有关的仪表常数。5
a）两个遍度传感器和单独的加热器图中：
上游温度传感器
下游尴度传感器
上游温度传感器T（带加热）
4 ----下游温度传感器 T2 带加热器)n恒定电源P：
6··加热器
桥路，
救大器：
流量信号辅出(通需为0V~5V(d,c.)或4mA~20mA)。GB/T20727—2006/IS014511:2001Tt
b）两个自加热的温魔传感器
国1高化的CTMF选量计
直通式热式质量流量检测元件用于相对较小流量才精确。因此，为了能精确测量较大流量，必需对整个气流进行分流。分流由流量计表体内的一个层流元件完成。此元件产生的线性压力降与质量流量威正比。
CTMF流量计的满度(FS)流量范围直接受过程气体(定压)比热容C的影响。并非所有校准都能使用被测过程气体。如果过程气体是蚀性或危险气体，就必须采用参比气体，即空气或氮气进行校准。在这种情况下，必需计算出过程气体的c。值。注：CTMF制造厂应提供气体转换系数表或相应的数据率。系数定义为：
过程气体的满度流量由下式给出：Cp.pme
Qm,prne:is = Gmref,Fs Xk
（4）
1）末端传导损失取决于流量计的结构，是热量遇过传感器安装支架传导到流量计表体1：造成的损失。称之为末蹦传导损失是因为传感馨通常都足利用其一个端部安装的。5
GB/T 20727—2006/IS0 14511:2001式中?
—元系数；
Ce,prc
m.rel,FSs
参比气体的定压比热容
过程气体的定压比热容，
参比气体的满度匾量流量：
过程气体的满度质量流量。
利用这个关系式和气体比热表，用户和制造厂就能方便地用“安全”气体校准（或复校）流量计。5.2典型结构
由于在较大流量下传导的热量过多，采用基本型CTMF流量计只能准确测量很低的流量，因此CTMF流量计常常和一个层流元伴配合使用。层流元件效置在主管道中产生小压降。毛细管的两端与层流元件的人口和出口相连、产生一个较小的分流通过毛细管。这种结构可确保总的气流巾有固定比率的气流流过毛细管用于测量。加热器和温度传感器通常放在毛细管上而不是主管道上。但在其他一些结构中传感器直接放在主管道上，即波有毛细管和层流元件。虽然CTMF流量计可以配法兰式管接头，但通常都配备螺纹管接头。这种TMF流量计通常与检测元件下游的流量控制器配套成为一个质量流量控制器。电子接口同旁通回路一样位于同一单元内，图2所示是-个典型的CTMF流量计结构型式。?
一流动方向：
2：加热器1
3-—温度传感器;
5.3应用和使用限制
5. 3. 1气体特性影响
4旁通回路
5—层流元件，
图2典型的CTMF流量计
CTMF流量计只能用于测量十燥和清洁的气体。应避免饱和蒸汽凝结，以防止堵塞或污染流量检测元件。
从公式（1）～公式（4)时以有出，CTMF流量计的校准与气的性质有X。因此CTMF是-种“推导\质量流量计。尽管CTMF流量计响应质量流量的变化，但是校准取决于被满气体和工作条件。流体性质的变化，例如混合气体的成分，过程压力和（或）温度的变化会影响比热值，从而影响CTMF流量计的性能。当出现这种情况时，可能需要对这些变化进行补偿。5.3.2应用和流体特性
为指定的应用选择最适用的流量计，首先必须确定流量计的工作条件范函，包括：6
一工作流基
一被测气体的性质，气体的类型或滤合气体的成分-过程压力范圜，
过程温度范围。
5.3.3温度影响
GB/T 20727—2006/IS0 14511:2001温度变化会影响CTMF流量计的性能。对温度影响的扑偿通常在转换器内完成。温度变化还可能引起流量计的零流量输出产生偏移。因此，应在实际过程温度下调整流量计的零点。温度影响通常用百分数或摄氏度表示。此外，温度变化会影响最初校准TMF流量计时的比热值，在这种情况下，应在校准后采用气体制造厂提供的口知气体数据值确定此影响。5.3.4压力影响
压力变化会影响气体的比热和（或)传感器与层流元件之间的流量比，因此，它可能改变CTMF流量计的系数。一些制造厂在预定的压力条件下校准流量计，便这种影响降至最小。但其他情况下，则需要在校准后参考气体制造厂提供的已知气体数据。5.3.5脉动影响
如果是脉动流，应保证转换器的响应速度能适应脉动。当要求脉动情况下的赖出信号稳定时，某些制造厂会提供自适应输出阻尼。此时应遵循制造厂对流输出响应和（或）阻尼的详细说明。5.3.6压力损失
流体流过CTMF流量计会产生压力损失。压力损失的大小是层流元件上下游差压的函数，与流量有关。大部分制造厂对此影响都有规定，通常满度流量时的压力损失小于10kPa(100mbar）。压力损失的值应包括CTMF流量计，管件和入口过滤器。5.3.7气体的清洁度
固体沉淀物，结垢或残留冷凝物会影响流量计的性能，应避免出现这种状况。应避从制造厂的首选清洁度要求。大部分制造厂对充许题粒大小部有规定或供人口过滤器作为CTMF流量计的标准配置。5.3.8安装方位的影响
大部分制造厂都会说明安装方位的影响。对于大多数流量计，这种影响可忽略不计。用于高压场合时，由于可能出现零点偏移的象，最合适的安装位置是水平方向。为达到规定的性能，应遵循制选厂的安装指南。
5.3.9安装对动面的影响
流体旋涡和上、下游管道布局引起的非均勾流速分布不影响CTMF流量计的性能。通书没有特别的直管段要求，但这决于制造厂，虽然如此，任何时候都需注意保证安装良好。流量计的上游宜配备过滤器或其他防护装置以去除可能引起测量误差的固体题粒或液滴。5.3.10水力摄动和机械搬动
过程管线的振动对TMF流量计的性能一般没有影响，但所有振动都宜保持在正常极限范围内。5.3.11阁
安装在CTMF流量计上、下游的阅主要供隔离和调整零点时使用，可以采用任何型式的阀。但这些阅应具有良好的阻断性能以确保能达到真止的零流量。与CTMF流量计申联的控制阀应靠近TMF流量计安装以便尽量减少滞留体积。5.4流量计的选择
5.4.1主要要求
对测量系统的主要要求是系统应按规定的不确定度测气体质量流量。在选择合适的流量计时必须考虑5.4.2~5.4.7所提各要点，7
GB/T 20727——2006/ISO 14511:20015. 4. 2 性能技术条件
应考虑下列性能技术条件：
a）不碗定度：
1）实际安装条件和工作条件与制造厂数据的一致程度；2）校推程序和校准装暨的溯源性。重复性。
范围度。
d）稳定性。
温度影响。
压力影响。
g）安装方位影响。
5. 4. 3物理技术紊件
应考虑下列物理技术条件，
安装流量计所需的空（流量计的尺寸，上，下游管道直径）。如果需要和可能的话，还要考虑现场校准所需的空间。
管道连接件的等级和类型。
材料的兼容性,包括の形环、阀座的材料等。任何非破坏性试验程序。
危险区域分类。
电气连接，
气候和环境对流置计的影响，
一适用的国家和国际要求，
5. 4. 4 流量计额定值
应考虑流量计的下列额定值：
允许最大过程压力
最大流量下的压力降，
环境温度和过程气体温度，
一外部泄漏完整性等级。
5. 4. 5应用特性和流体特性
应考虑下列应用特性和流体特性工作流遣；
被测气体特性，包括气体类型或混合气体的组分；『作压为范围;
工作温度范围，
若使用标准体积流量单位[即：m/h(标准）、L/min(标准)过程参比条件。5. 4, 6 膀蚀
接触介质的材料发尘腐蚀，包括电化腐蚀，会影响CTMF流量计的性能并最整缩短流量计的使用寿命，在选择制造材料时应注意确保其与过程气体，包括净化或清洗气体相容。应对所布接触过程流体的材料做出规定。
5.4.7转换幅技术条件
应考虑转换器的下列技术条件：-电气、电子、气候和安全兼容性一必需的输出选项。
5.5安装和试运行
5. 5.1 总则
通常，应考虑以下几点
一过程气体应比较消洁和干燥
GB/T 20727—2006/1SO 14511+2001一安装TMF流量计所需的空间(包括在需要进行现场校准时，连接标准表检定 TMF流量计所需的空间，详见8.4)1
一：管道连接件的等级和类型，所用设备的材料和外形尺寸：—危险区域分类！
-.气候和环境对检测元件的影响，如：温度、湿度、腐蚀性大气、机械冲击、振动和电磁场。5. 5.2安全
安全方面应考虑如下几点：
流量计应在流量计接术要求限定的过握录件下工作理一流量计应符合必要的冠险区城分类和所有适用的国家或国际要求：一只有经过培训的有相应资格的人员才能安装,操作和(或)维护流量计。5. 5. 3机械应力
机械应力方面所考虑如下比点：一应根据所要承受的温度、压力和管道摄动选择流盘计，并应根据相应的标准用合适的流体进行耐压试验中
-应保证临界应用快态下的密封性，最好参照相应标准在真空条件下用氮气对所有流量计进行测试。
5. 5, 4过程条件下的调整
5. 5. 4. 1 总则
如果实际工作条件利流量计校谁叫一致，可能需要另行履整5. 5.4.2零点调整
在流量计安装完毕并经检查符合制造提出的所有建议以及各项法定要求后，可能需要在过程案件下用某些过程气体进行零点调整，以补偿前面所述的影响，此调整过程必须在实际过程温度和压力条件下进行：过程录件应稳定并月绝对不应有气体流，根据气体的品质和（感应用的代质，可能还需要定期重复此项谢整,
5. 5. 4. 3量程调整
CTMF流量计通常依据实际过程条件进行校准。如果实过程条件不同于校准条作，或者气体类型或品质不同于规定校准用气体，就可能需要调整量程，但现场装置必需提供条件取得参比流量值与心TMF流量计的读数进行比对才能进行置程调整（见第8章）。量程阖整必须在实际过程和压力条件下进行。调整过程中实际温度，压力和流量应保持稳定。根据气体的品质和（或）成用的性质，可能还需要定期重复此项调整。
6插入式和（或)管道式热式质量流量计([TMF流量计）6. 1测量原理
6. 1. 1 总则
典型的ITMF流量计由两个温度传感器组成(见图3)。一定量的加热功率P施加至其中一个传感器上，使其温度升高全效测值T，另一个传感器测量气体温度「，根据被加热传磁器和气体的温差（AI一T2一T）和所加热功率P就可以确定气体的血量流盘。
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