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          電磁流量計

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          大口徑電磁流量計的在線校準體系研究

          來源:作者:發表時間:2021-03-12 10:54:13

                   摘 要:大口徑(DN≥400 mm)電磁流量計廣泛用于國、省控重點排污企業的進出口,但由于拆卸困難、不可停運、經濟成本等原因,導致無法離線定期檢定,造成計量失控,甚至引發貿易糾紛。文章主要從影響電磁流量計測量結果的現場安裝、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 據的準確性和可靠性,為大口徑電磁流量計的量值溯源提供技術支撐。

           
          引言
                 電磁流量計是以法拉第電磁感應定律為依據的流 量測量儀表。其以精確度高、可靠性高、多功能化、低能 耗等優點廣泛應用于污水、化工、自來水行業等諸多行業[1]。但受限于計量過程的連續性,使用中的大口徑 (DN≥400 mm)流量計由于拆卸困難、不可停運、經濟成 本等原因,導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、確保計量數據的 準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)電磁流量計的現場安裝必須嚴格按使用說明進 行,應用電磁流量計測量液體的電導率應大于 10-5 S/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,將輸送不出信號產生粗大誤差[2]。 其次電磁流量計使用前還應根據被測液體的種類、性能、 溫度和壓力選用具有合適的內襯及電極的傳感器。最后 選擇流量計量程時應不低于設計的最大流量值,正常使 用的流量很好處于流量計滿量程的 30%~80%之間[3]。
           
                 (2)為便于檢修,傳感器上下游應安裝閥門并有旁路, 傳感器和轉換器的安裝處應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有至少 5 倍管道內直徑的直管段,如有不同開度的閥門,應有 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,流量調節閥應設置在傳感器的下游,當上游直管段長度 不夠時,在壓損許可情況下可安裝流動調整器,安裝后 其直管段長度應達到流動調整器說明書的要求。
          流量計前端直管段要求
                 (3)電磁流量計流量信號是以被測導電液體為基準電 位的,整個測量管道內的導電液體看成電阻為零的導體,兩個電極對導電液體為基準電位的,整個測量管道內的 導電液體看成電阻為零的導體[7]。當傳感器前后為金屬管道,應合理接地,如圖 2 所示,如果液體輸送管道為非 金屬管或其他絕緣管,應在傳感器和輸液管道之間裝內部與液體接觸的金屬接液環(或稱接地環),然后用導線與傳感器接地端連接接地[4],如圖 3 所示。
          金屬管道的接液和接地塑料管道的接液和接地
          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,導致無法判斷一段時間后標準線圈的 計量特性是否發生變化,所以 " 干標 " 很難有效實現量值溯源[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、 密度的影響等現場校準優勢。
           
                 (2)外加式超聲流量計校準法現場校準時檢測人員應 首先檢查流量計轉換器內置的影響計量準確度的關鍵參數輸入是否正確,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的平均流速,根據標準表在實驗室標準裝置比對的大數據,輸入標準表與被檢流量計 的管徑和流速相近的標定系數,外徑、壁厚等參數根據流量計在線操作說明現場實測輸入。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 30 min,條件許可或者一天時間內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:JJG1033-2007《電磁流量計檢定規程》。
                 (4)環境條件:溫度:(0~45) ℃,相對濕度:(40%~90%) RH,外界磁場、震動和噪聲應小到對標準表和被檢表的影響可忽略不計。        (5)工作介質:充滿封閉管道的單相流體。 
                 (6)測量設備如表 1 所示。
          儀器設備履歷表
           
          4 校準體系中測量結果的處理
          4.1 校準結果計算
                 (1)流量點每次測量的在線示值誤差 Eij 按式(1)計算:
          在線示值誤差
                 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)流量計在線系數修正 完成在線校準后,當流量點的在線示值誤差平均值 Ei 超過流量計的準確度等級時,如流量計用戶要求,可
          通過計算新在線修正系數而方便用戶調整示值誤差[7]。 新修正系數按公式(2)計算:
          新修正系數
           
                 式(2)中:Ki-- 第 i 校準點新在線修正系數; K0-- 流量計內置修正系數;
           
                 Ei-- 流量計在線示值誤差; 當校準流量點數多于一個時,流量計各流量點平均 在線修正系數 K 按公式(3)計算:
          在線修正系數 K
                 式(3)中:m- 流量點數。 校準后當在線示值誤差平均值 Ei 不超過流量計準 確度等級時,則 Ki=K0。 (3)重復性流量計示值誤差的重復性 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:
          計算單個測量點示值誤差的平均值:
           
                 2)計算單次示值誤差的重復性 S(Ei): S(Ei)=RC (5) 
                 式(5)中:R 是極差系數,即 R=Emax-Emin
                 C 是極差系數,可查表得到,極差系數表如表 2 所示。
          極差系數表
                 3)取流量計所有流量點的重復性最大值作為該臺流量計的重復性 S(Ei)。
                 4)當以算術平均值 E 作為被測量的示值誤差時,則 重復性引入的標準不確定度。
          重復性引入的標準不確定度
           
                 當校準結果的重復性 S(Ei)超出準確度等級的 1/2時, 在校準證書上應給出相關提示。
           
          5 結論
                 大口徑電磁流量計在線校準體系的構建主要從 " 安 裝是基礎,標準很關鍵,方法需創新,數據是體現 " 等方面進行構思,解決了企業拆卸困難、斷流停產、計量失控 等問題,保證了量值溯源和測量數據的準確可靠,因為非接觸測量方法所用標準設備的不同,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場測量時具有其局限性,當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生 粗大誤差,尤其當管道的襯里或結垢太厚、襯里與管壁 剝離或銹蝕嚴重時無法精準測量。所以標準表的選擇以 及正確測量管道內徑是體系的關鍵,因為當標準設備無 法精準測量時也就失去了現場校準的實際意義。
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