摘要：大口徑(DN≥400mm)電磁流量計(jì)廣泛用于國(guó)、省控重點(diǎn)排污企業(yè)的進(jìn)出口，但由于拆卸困難、不可停運(yùn)、經(jīng)濟(jì)成本等原因，導(dǎo)致無法離線定期檢定，造成計(jì)量失控，甚至引發(fā)貿(mào)易糾紛。文章主要從影響流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的現(xiàn)場(chǎng)安裝、校準(zhǔn)方法、計(jì)算公式等因素進(jìn)行分析，確立校準(zhǔn)體系研究以期確保流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)的正確率和可靠性，為大口徑電磁流量計(jì)的量值溯源提供技術(shù)支撐。
0引言
電磁流量計(jì)是以法拉第電磁感應(yīng)定律為依據(jù)的流量測(cè)量?jī)x表。其以精度高、可靠性高、多功能化、低能耗等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于污水、化工、自來水行業(yè)等諸多行業(yè)[1]。但受限于計(jì)量過程的連續(xù)性，使用中的大口徑(DN≥400mm)流量計(jì)由于拆卸困難、不可停運(yùn)、經(jīng)濟(jì)成本等原因，導(dǎo)致無法離線定期檢定。因此，電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)體系研究需進(jìn)一步完善，以期對(duì)提高計(jì)量器具的工作效率、完善量值傳遞和溯源體系、確保計(jì)量數(shù)據(jù)的正確可靠等具有深遠(yuǎn)意義。
1電磁流量計(jì)的前期安裝、維護(hù)和接地
(1)電磁流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)安裝必須嚴(yán)格按使用說明進(jìn)行，應(yīng)用電磁流量計(jì)測(cè)量液體的電導(dǎo)率應(yīng)大于10-5S/cm。首先傳感器的安裝位置必須保證被測(cè)液體完全充滿測(cè)量管，有必要時(shí)進(jìn)行定期清洗，如果電極被沉積層覆蓋或被沉積層短路,將輸送不出信號(hào)產(chǎn)生粗大誤差F。其次電磁流量計(jì)使用前還應(yīng)根據(jù)被測(cè)液體的種類、性能、溫度和壓力選用具有合適的內(nèi)襯及電極的傳感器。最后.選擇流量計(jì)量程時(shí)應(yīng)不低于設(shè)計(jì)的最大流量值,正常使用的流量最好處于流量計(jì)滿量程的30%~80%之間。
(2)為便于檢修,傳感器上下游應(yīng)安裝閥門并有旁路,傳感器和轉(zhuǎn)換器的安裝處應(yīng)避免有較強(qiáng)的交直流磁場(chǎng)或劇烈的振動(dòng)。上游如有彎頭、三通、同心異徑管或全開閘閥后,傳感器上游離電極的中心線應(yīng)有至少5倍管道內(nèi)直徑的直管段,如有不同開度的閥門,應(yīng)有10倍管徑的直管段,如圖1所示，下游直管段為2~5倍管徑的直管段即可。此外為避免流速分布及渦旋對(duì)測(cè)量的影響,流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)設(shè)置在傳感器的下游,當(dāng)上游直管段長(zhǎng)度不夠時(shí),在壓損許可情況下可安裝流動(dòng)調(diào)整器，安裝后其直管段長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到流動(dòng)調(diào)整器說明書的要求。
(3)電磁流量計(jì)流量信號(hào)是以被測(cè)導(dǎo)電液體為基準(zhǔn)電位的，整個(gè)測(cè)量管道內(nèi)的導(dǎo)電液體看成電阻為零的導(dǎo)體，兩個(gè)電極對(duì)導(dǎo)電液體為基準(zhǔn)電位的，整個(gè)測(cè)量管道內(nèi)的導(dǎo)電液體看成電阻為零的導(dǎo)體[7]。當(dāng)傳感器前后為金屬管道，應(yīng)合理接地，如圖2所示，如果液體輸送管道為非金屬管或其他絕緣管，應(yīng)在傳感器和輸液管道之間裝內(nèi)部與液體接觸的金屬接液環(huán)(或稱接地環(huán))，然后用導(dǎo)線與傳感器接地端連接接地[4]，如圖3所示。
2電磁流量計(jì)的在線校準(zhǔn)方法
(1)目前解決電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)有兩種主流方案：一種是勵(lì)磁線圈檢查法這種方法又稱為電磁流量計(jì)的"干標(biāo)"方法，另一種是外夾式超聲流量計(jì)校準(zhǔn)法，也稱"非接觸測(cè)量法"。但"干標(biāo)"方法中由于標(biāo)準(zhǔn)線圈是直接設(shè)計(jì)到流量計(jì)表體中的，無法對(duì)其電阻等指標(biāo)的性能進(jìn)行定期溯源，導(dǎo)致無法判斷一段時(shí)間后標(biāo)準(zhǔn)線圈的計(jì)量特性是否發(fā)生變化，所以"干標(biāo)"很難有效實(shí)現(xiàn)量值溯源[3]。相比較"干標(biāo)"方法的檢測(cè)，外夾式超聲流量計(jì)的檢測(cè)具備不停流、不截管，不受被測(cè)流體溫度、壓力、密度的影響等現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)。
(2)外加式超聲流量計(jì)校準(zhǔn)法現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)檢測(cè)人員應(yīng)首先檢查流量計(jì)轉(zhuǎn)換器內(nèi)置的影響計(jì)量精度的關(guān)鍵參數(shù)輸入是否正確，詢問工作人員的日常流量，并觀察并計(jì)算流量計(jì)一段時(shí)間內(nèi)的平均流速，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)裝置比對(duì)的大數(shù)據(jù)，輸入標(biāo)準(zhǔn)表與被檢流量計(jì)的管徑和流速相近的標(biāo)定系數(shù)，外徑、壁厚等參數(shù)根據(jù)流量計(jì)在線操作說明現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)輸入。計(jì)算示值誤差時(shí)采用累積流量法，分三次分別讀取標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表一定時(shí)間的流量累積值作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)表的標(biāo)準(zhǔn)值和被檢流量計(jì)示值[6]，每次測(cè)量時(shí)間為30min，條件許可或者一天間內(nèi)流量變化比較大的情況下可測(cè)量差異明顯的三個(gè)流量點(diǎn)。
3電磁流量計(jì)的在線校準(zhǔn)流程
(1)校準(zhǔn)方法：非接觸測(cè)量法，即利用外加式超聲流量計(jì)夾持在被測(cè)流量計(jì)管道上，通過比對(duì)兩臺(tái)流量計(jì)的累積流量誤差確定被檢流量計(jì)的計(jì)量特性[7]。
(2)校準(zhǔn)項(xiàng)目：電磁流量計(jì)累積流量的示值誤差。
(3)測(cè)量依據(jù)：JJG1033-2007《電磁流量計(jì)檢定規(guī)程》。
(4)環(huán)境條件：溫度：(0～45)℃，相對(duì)濕度：(40%～90%)RH，外界磁場(chǎng)、震動(dòng)和噪聲應(yīng)小到對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表的影響可忽略不計(jì)。
(5)工作介質(zhì)：充滿封閉管道的單相流體。
(6)測(cè)量設(shè)備如表1所示。
4校準(zhǔn)體系中測(cè)量結(jié)果的處理
4.1校準(zhǔn)結(jié)果計(jì)算
(1)流量點(diǎn)每次測(cè)量的在線示值誤差Eij按式(1)計(jì)算
式(1)中：
Qij--第i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)時(shí)的流量計(jì)累積示值；
(Qs)ij--第i流量點(diǎn)第j次校準(zhǔn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)表累積示值。
取三次測(cè)量的在線示值誤差平均值作為該流量點(diǎn)的在線示值誤差Ei。
(2)流量計(jì)在線系數(shù)修正
完成在線校準(zhǔn)后，當(dāng)流量點(diǎn)的在線示值誤差平均值Ei超過流量計(jì)的精度等級(jí)時(shí)，如流量計(jì)用戶要求，可通過計(jì)算新在線修正系數(shù)而方便用戶調(diào)整示值誤差[7]。
新修正系數(shù)按公式(2)計(jì)算：
式(2)中：K
i--第i校準(zhǔn)點(diǎn)新在線修正系數(shù)；
K0--流量計(jì)內(nèi)置修正系數(shù)
Ei--流量計(jì)在線示值誤差；
當(dāng)校準(zhǔn)流量點(diǎn)數(shù)多于一個(gè)時(shí)，流量計(jì)各流量點(diǎn)平均在線修正系數(shù)K按公式(3)計(jì)算：
式(3)中：m-流量點(diǎn)數(shù)。
校準(zhǔn)后當(dāng)在線示值誤差平均值Ei不超過流量計(jì)精度等級(jí)時(shí)，則Ki=K0。
(3)重復(fù)性
流量計(jì)示值誤差的重復(fù)性S(Ei)建議采用極差法計(jì)算。
1)計(jì)算單個(gè)測(cè)量點(diǎn)示值誤差的平均值：
式(5)中：R是極差系數(shù)，即R=Emax-Emin
C是極差系數(shù)，可查表得到，極差系數(shù)表如表2所示。
3)取流量計(jì)所有流量點(diǎn)的重復(fù)性最大值作為該臺(tái)流量計(jì)的重復(fù)性S(Ei)。
4)當(dāng)以算術(shù)平均值`E作為被測(cè)量的示值誤差時(shí)，則重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。
當(dāng)校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性S(Ei)超出精度等級(jí)的1/2時(shí)，在校準(zhǔn)證書上應(yīng)給出相關(guān)提示。
5結(jié)論
大口徑電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)體系的構(gòu)建主要從"安裝是基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)很關(guān)鍵，方法需創(chuàng)新，數(shù)據(jù)是體現(xiàn)"等方面進(jìn)行構(gòu)思，解決了企業(yè)拆卸困難、斷流停產(chǎn)、計(jì)量失控等問題，保證了量值溯源和測(cè)量數(shù)據(jù)的正確可靠，因?yàn)榉墙佑|測(cè)量方法所用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的不同，文章不在進(jìn)行具體的不確定度評(píng)定。但作為標(biāo)準(zhǔn)表的便攜式超聲流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)具有其局限性，當(dāng)懸浮顆粒或者氣泡超過一定范圍時(shí)或不滿管、前后直管段不滿足等原因都會(huì)產(chǎn)生粗大誤差，尤其當(dāng)管道的襯里或結(jié)垢太厚、襯里與管剝離或銹蝕嚴(yán)重時(shí)無法正確測(cè)量。所以標(biāo)準(zhǔn)表的選擇以及正確測(cè)量管道內(nèi)徑是體系的關(guān)鍵，因?yàn)楫?dāng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備無法正確測(cè)量時(shí)也就失去了現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的實(shí)際意義。
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