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电磁流量计

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大口径电磁流量计的在线校准体系研究

来源:作者:发表时间:2021-03-12 10:54:13

         摘 要:大口径(DN≥400 mm)电磁流量计广泛用于国、省控重点排污企业的进出口,但由于拆卸困难、不可停运、经济成本等原因,导致无法离线定期检定,造成计量失控,甚至引发贸易纠纷。文章主要从影响电磁流量计测量结果的现场安装、校准方法、计算公式等因素进行分析,确立校准体系研究以期确保流量计测量数 据的准确性和可靠性,为大口径电磁流量计的量值溯源提供技术支撑。

 
引言
       电磁流量计是以法拉第电磁感应定律为依据的流 量测量仪表。其以精确度高、可靠性高、多功能化、低能 耗等优点广泛应用于污水、化工、自来水行业等诸多行业[1]。但受限于计量过程的连续性,使用中的大口径 (DN≥400 mm)流量计由于拆卸困难、不可停运、经济成 本等原因,导致无法离线定期检定。因此,电磁流量计在 线校准体系研究需进一步完善,以期对提高计量器具的 工作效率、完善量值传递和溯源体系、确保计量数据的 准确可靠等具有深远意义。
 
1 电磁流量计的前期安装、维护和接地
       (1)电磁流量计的现场安装必须严格按使用说明进 行,应用电磁流量计测量液体的电导率应大于 10-5 S/cm。首先传感器的安装位置必须保证被测液体完全充 满测量管,有必要时进行定期清洗,如果电极被沉积层覆盖或被沉积层短路,将输送不出信号产生粗大误差[2]。 其次电磁流量计使用前还应根据被测液体的种类、性能、 温度和压力选用具有合适的内衬及电极的传感器。最后 选择流量计量程时应不低于设计的最大流量值,正常使 用的流量很好处于流量计满量程的 30%~80%之间[3]。
 
       (2)为便于检修,传感器上下游应安装阀门并有旁路, 传感器和转换器的安装处应避免有较强的交直流磁场 或剧烈的振动。上游如有弯头、三通、同心异径管或全开闸阀后,传感器上游离电极的中心线应有至少 5 倍管道内直径的直管段,如有不同开度的阀门,应有 10 倍管径 的直管段,如图 1 所示,下游直管段为 2~5 倍管径的直 管段即可。此外为避免流速分布及涡旋对测量的影响,流量调节阀应设置在传感器的下游,当上游直管段长度 不够时,在压损许可情况下可安装流动调整器,安装后 其直管段长度应达到流动调整器说明书的要求。
流量计前端直管段要求
       (3)电磁流量计流量信号是以被测导电液体为基准电 位的,整个测量管道内的导电液体看成电阻为零的导体,两个电极对导电液体为基准电位的,整个测量管道内的 导电液体看成电阻为零的导体[7]。当传感器前后为金属管道,应合理接地,如图 2 所示,如果液体输送管道为非 金属管或其他绝缘管,应在传感器和输液管道之间装内部与液体接触的金属接液环(或称接地环),然后用导线与传感器接地端连接接地[4],如图 3 所示。
金属管道的接液和接地塑料管道的接液和接地
2 电磁流量计的在线校准方法
       (1)目前解决电磁流量计在线校准有两种主流方案: 一种是励磁线圈检查法这种方法又称为电磁流量计的 " 干标 " 方法,另一种是外夹式超声流量计校准法,也称 " 非接触测量法 "。但 " 干标 " 方法中由于标准线圈是直接设计到流量计表体中的,无法对其电阻等指标的性能进行定期溯源,导致无法判断一段时间后标准线圈的 计量特性是否发生变化,所以 " 干标 " 很难有效实现量值溯源[3]。相比较 " 干标 " 方法的检测,外夹式超声流量计的检测具备不停流、不截管,不受被测流体温度、压力、 密度的影响等现场校准优势。
 
       (2)外加式超声流量计校准法现场校准时检测人员应 首先检查流量计转换器内置的影响计量准确度的关键参数输入是否正确,询问工作人员的日常流量,并观察并计算流量计一段时间内的平均流速,根据标准表在实验室标准装置比对的大数据,输入标准表与被检流量计 的管径和流速相近的标定系数,外径、壁厚等参数根据流量计在线操作说明现场实测输入。计算示值误差时采用累积流量法,分三次分别读取标准表和被检表一定时 间的流量累积值作为测量标准表的标准值和被检流量计示值[6],每次测量时间为 30 min,条件许可或者一天时间内流量变化比较大的情况下可测量差异明显的三个流量点。
 
3 电磁流量计的在线校准流程
       (1)校准方法:非接触测量法,即利用外加式超声流 量计夹持在被测流量计管道上,通过比对两台流量计的 累积流量误差确定被检流量计的计量特性[7]。
       (2)校准项目:电磁流量计累积流量的示值误差。 
       (3)测量依据:JJG1033-2007《电磁流量计检定规程》。
       (4)环境条件:温度:(0~45) ℃,相对湿度:(40%~90%) RH,外界磁场、震动和噪声应小到对标准表和被检表的影响可忽略不计。        (5)工作介质:充满封闭管道的单相流体。 
       (6)测量设备如表 1 所示。
仪器设备履历表
 
4 校准体系中测量结果的处理
4.1 校准结果计算
       (1)流量点每次测量的在线示值误差 Eij 按式(1)计算:
在线示值误差
       式(1)中:Qij--第 i 流量点第 j 次校准时的流量计累 积示值;(Qs)ij-- 第 i 流量点第 j 次校准时的标准表累积示值。 取三次测量的在线示值误差平均值作为该流量点 的在线示值误差 Ei。
       (2)流量计在线系数修正 完成在线校准后,当流量点的在线示值误差平均值 Ei 超过流量计的准确度等级时,如流量计用户要求,可
通过计算新在线修正系数而方便用户调整示值误差[7]。 新修正系数按公式(2)计算:
新修正系数
 
       式(2)中:Ki-- 第 i 校准点新在线修正系数; K0-- 流量计内置修正系数;
 
       Ei-- 流量计在线示值误差; 当校准流量点数多于一个时,流量计各流量点平均 在线修正系数 K 按公式(3)计算:
在线修正系数 K
       式(3)中:m- 流量点数。 校准后当在线示值误差平均值 Ei 不超过流量计准 确度等级时,则 Ki=K0。 (3)重复性流量计示值误差的重复性 S (Ei) 建议采用极差法计算。
       1)计算单个测量点示值误差的平均值:
计算单个测量点示值误差的平均值:
 
       2)计算单次示值误差的重复性 S(Ei): S(Ei)=RC (5) 
       式(5)中:R 是极差系数,即 R=Emax-Emin
       C 是极差系数,可查表得到,极差系数表如表 2 所示。
极差系数表
       3)取流量计所有流量点的重复性最大值作为该台流量计的重复性 S(Ei)。
       4)当以算术平均值 E 作为被测量的示值误差时,则 重复性引入的标准不确定度。
重复性引入的标准不确定度
 
       当校准结果的重复性 S(Ei)超出准确度等级的 1/2时, 在校准证书上应给出相关提示。
 
5 结论
       大口径电磁流量计在线校准体系的构建主要从 " 安 装是基础,标准很关键,方法需创新,数据是体现 " 等方面进行构思,解决了企业拆卸困难、断流停产、计量失控 等问题,保证了量值溯源和测量数据的准确可靠,因为非接触测量方法所用标准设备的不同,文章不在进行具体的不确定度评定。但作为标准表的便携式超声流量计现场测量时具有其局限性,当悬浮颗粒或者气泡超过一定范围时或不满管、前后直管段不满足等原因都会产生 粗大误差,尤其当管道的衬里或结垢太厚、衬里与管壁 剥离或锈蚀严重时无法精准测量。所以标准表的选择以 及正确测量管道内径是体系的关键,因为当标准设备无 法精准测量时也就失去了现场校准的实际意义。
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