摘要：大口徑(DN≥400mm)電磁流量計廣泛用于國、省控重點排污企業(yè)的進出口，但由于拆卸困難、不可停運、經(jīng)濟成本等原因，導(dǎo)致無法離線定期檢定，造成計量失控，甚至引發(fā)貿(mào)易糾紛。文章主要從影響流量計測量結(jié)果的現(xiàn)場安裝、校準方法、計算公式等因素進行分析，確立校準體系研究以期確保流量計測量數(shù)據(jù)的正確率和可靠性，為大口徑電磁流量計的量值溯源提供技術(shù)支撐。
0引言
電磁流量計是以法拉第電磁感應(yīng)定律為依據(jù)的流量測量儀表。其以精度高、可靠性高、多功能化、低能耗等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于污水、化工、自來水行業(yè)等諸多行業(yè)[1]。但受限于計量過程的連續(xù)性，使用中的大口徑(DN≥400mm)流量計由于拆卸困難、不可停運、經(jīng)濟成本等原因，導(dǎo)致無法離線定期檢定。因此，電磁流量計在線校準體系研究需進一步完善，以期對提高計量器具的工作效率、完善量值傳遞和溯源體系、確保計量數(shù)據(jù)的正確可靠等具有深遠意義。
1電磁流量計的前期安裝、維護和接地
(1)電磁流量計的現(xiàn)場安裝必須嚴格按使用說明進行，應(yīng)用電磁流量計測量液體的電導(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液體完全充滿測量管，有必要時進行定期清洗，如果電極被沉積層覆蓋或被沉積層短路,將輸送不出信號產(chǎn)生粗大誤差F。其次電磁流量計使用前還應(yīng)根據(jù)被測液體的種類、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.選擇流量計量程時應(yīng)不低于設(shè)計的最大流量值,正常使用的流量最好處于流量計滿量程的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)避免有較強的交直流磁場或劇烈的振動。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測量的影響,流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)設(shè)置在傳感器的下游,當(dāng)上游直管段長度不夠時,在壓損許可情況下可安裝流動調(diào)整器，安裝后其直管段長度應(yīng)達到流動調(diào)整器說明書的要求。
(3)電磁流量計流量信號是以被測導(dǎo)電液體為基準電位的，整個測量管道內(nèi)的導(dǎo)電液體看成電阻為零的導(dǎo)體，兩個電極對導(dǎo)電液體為基準電位的，整個測量管道內(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電磁流量計的在線校準方法
(1)目前解決電磁流量計在線校準有兩種主流方案：一種是勵磁線圈檢查法這種方法又稱為電磁流量計的"干標"方法，另一種是外夾式超聲流量計校準法，也稱"非接觸測量法"。但"干標"方法中由于標準線圈是直接設(shè)計到流量計表體中的，無法對其電阻等指標的性能進行定期溯源，導(dǎo)致無法判斷一段時間后標準線圈的計量特性是否發(fā)生變化，所以"干標"很難有效實現(xiàn)量值溯源[3]。相比較"干標"方法的檢測，外夾式超聲流量計的檢測具備不停流、不截管，不受被測流體溫度、壓力、密度的影響等現(xiàn)場校準優(yōu)勢。
(2)外加式超聲流量計校準法現(xiàn)場校準時檢測人員應(yīng)首先檢查流量計轉(zhuǎn)換器內(nèi)置的影響計量精度的關(guān)鍵參數(shù)輸入是否正確，詢問工作人員的日常流量，并觀察并計算流量計一段時間內(nèi)的平均流速，根據(jù)標準表在實驗室標準裝置比對的大數(shù)據(jù)，輸入標準表與被檢流量計的管徑和流速相近的標定系數(shù)，外徑、壁厚等參數(shù)根據(jù)流量計在線操作說明現(xiàn)場實測輸入。計算示值誤差時采用累積流量法，分三次分別讀取標準表和被檢表一定時間的流量累積值作為測量標準表的標準值和被檢流量計示值[6]，每次測量時間為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量差異明顯的三個流量點。
3電磁流量計的在線校準流程
(1)校準方法：非接觸測量法，即利用外加式超聲流量計夾持在被測流量計管道上，通過比對兩臺流量計的累積流量誤差確定被檢流量計的計量特性[7]。
(2)校準項目：電磁流量計累積流量的示值誤差。
(3)測量依據(jù)：JJG1033-2007《電磁流量計檢定規(guī)程》。
(4)環(huán)境條件：溫度：(0～45)℃，相對濕度：(40%～90%)RH，外界磁場、震動和噪聲應(yīng)小到對標準表和被檢表的影響可忽略不計。
(5)工作介質(zhì)：充滿封閉管道的單相流體。
(6)測量設(shè)備如表1所示。
4校準體系中測量結(jié)果的處理
4.1校準結(jié)果計算
(1)流量點每次測量的在線示值誤差Eij按式(1)計算
式(1)中：
Qij--第i流量點第j次校準時的流量計累積示值；
(Qs)ij--第i流量點第j次校準時的標準表累積示值。
取三次測量的在線示值誤差平均值作為該流量點的在線示值誤差Ei。
(2)流量計在線系數(shù)修正
完成在線校準后，當(dāng)流量點的在線示值誤差平均值Ei超過流量計的精度等級時，如流量計用戶要求，可通過計算新在線修正系數(shù)而方便用戶調(diào)整示值誤差[7]。
新修正系數(shù)按公式(2)計算：
式(2)中：K
i--第i校準點新在線修正系數(shù)；
K0--流量計內(nèi)置修正系數(shù)
Ei--流量計在線示值誤差；
當(dāng)校準流量點數(shù)多于一個時，流量計各流量點平均在線修正系數(shù)K按公式(3)計算：
式(3)中：m-流量點數(shù)。
校準后當(dāng)在線示值誤差平均值Ei不超過流量計精度等級時，則Ki=K0。
(3)重復(fù)性
流量計示值誤差的重復(fù)性S(Ei)建議采用極差法計算。
1)計算單個測量點示值誤差的平均值：
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)取流量計所有流量點的重復(fù)性最大值作為該臺流量計的重復(fù)性S(Ei)。
4)當(dāng)以算術(shù)平均值`E作為被測量的示值誤差時，則重復(fù)性引入的標準不確定度。
當(dāng)校準結(jié)果的重復(fù)性S(Ei)超出精度等級的1/2時，在校準證書上應(yīng)給出相關(guān)提示。
5結(jié)論
大口徑電磁流量計在線校準體系的構(gòu)建主要從"安裝是基礎(chǔ)，標準很關(guān)鍵，方法需創(chuàng)新，數(shù)據(jù)是體現(xiàn)"等方面進行構(gòu)思，解決了企業(yè)拆卸困難、斷流停產(chǎn)、計量失控等問題，保證了量值溯源和測量數(shù)據(jù)的正確可靠，因為非接觸測量方法所用標準設(shè)備的不同，文章不在進行具體的不確定度評定。但作為標準表的便攜式超聲流量計現(xiàn)場測量時具有其局限性，當(dāng)懸浮顆粒或者氣泡超過一定范圍時或不滿管、前后直管段不滿足等原因都會產(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重時無法正確測量。所以標準表的選擇以及正確測量管道內(nèi)徑是體系的關(guān)鍵，因為當(dāng)標準設(shè)備無法正確測量時也就失去了現(xiàn)場校準的實際意義。
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