電磁流量計在線校準(zhǔn)方法探討

孟小波 高 超

（山東省濱州市檢驗檢測中心，山東 濱州 256600）

1 前言

電磁流量計（簡稱EMF）是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種丈量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。20 世紀(jì)50 年代初電磁流量計（EMF）實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，70 年代后期泛起鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替換早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式。

目前，大口徑電磁流量計較多應(yīng)用于給排水工程，中小口徑常用于固液雙相等難測流體或高要求場所，小口徑、微小口徑電磁流量計則常用于醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)等有衛(wèi)生要求的場所。

流量計均可廣泛應(yīng)用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫(yī)藥、給排水、食品飲料、制糖、釀造等工業(yè)技術(shù)部門，特別是在環(huán)保領(lǐng)域。目前，電磁流量計已成為環(huán)保部門定量管理企業(yè)污水排放的有效工具。

電磁流量計在線校準(zhǔn)系統(tǒng)由速度式流量計和流量采集系統(tǒng)組成，其原理是通過流量計測量滿管流的水流量，從而獲得通過管道內(nèi)流的水量累積值。

1.1 工作原理

電磁流量計是利用電極與流體構(gòu)成一個回路來測量回路中產(chǎn)生的電參數(shù)。在封閉管道中，法拉第電磁感應(yīng)定律推算出體積流量。體積流量又分為瞬時體積流量和累計體積流量，它與磁感應(yīng)強度、導(dǎo)電液體平均流速成一定的比例關(guān)系。

1.2 結(jié)構(gòu)

電磁流量計的結(jié)構(gòu)主要由磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極、外殼、襯里和轉(zhuǎn)換器等部分組成。在有多個顯示、記錄方式的測量系統(tǒng)中，只能有一種顯示、記錄方式作為計量、控制等主要目的使用，其余顯示、記錄應(yīng)作為監(jiān)視等非主要用途使用。

2 計量特性

2.1 在線示值誤差

流量計在校準(zhǔn)條件下的最大允許在線示值誤差分為±0.5%、±1.0%、±1.5%、±2.5%。

2.2 重復(fù)性

流量計重復(fù)性應(yīng)≤1/3MPEV（注：該計量技術(shù)指標(biāo)不作為合格判定依據(jù)）。

3 校準(zhǔn)條件

3.1 環(huán)境條件

（1）工作環(huán)境條件：環(huán)境溫度：（5～35）℃；相對濕度：16%～86%；大氣壓力：（85～105）kPa。（2）介質(zhì)必須為單相穩(wěn)定流體且應(yīng)滿管，且流速應(yīng)不小于 0.3m/s。（3）電源滿足現(xiàn)場工況要 求。（4）場地滿足安全操作要求。（5）外界磁場應(yīng)小到對流量計和標(biāo)準(zhǔn)表的影響可忽略不計。（6）機械振動環(huán)境和噪聲應(yīng)小到對流量計和標(biāo)準(zhǔn)表的影響可忽略不計。

3.2 被校流量計安裝現(xiàn)場條件

被校流量計安裝現(xiàn)場條件應(yīng)符合說明書要求。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)表安裝現(xiàn)場條件

（1）檢查測試現(xiàn)場直管段是否能滿足標(biāo)準(zhǔn)表前后直管段安裝長度要求。（2）測試管路與被校流量計間流量 不存在分流。（3）檢查管材是否包含影響超聲波正常傳播的因素。（4）標(biāo)準(zhǔn)表測量的管道內(nèi) 徑，管道材質(zhì)，管道壁厚，襯里材質(zhì)和厚度，以及測量介質(zhì)類型，介質(zhì)溫度等都應(yīng)該在標(biāo)準(zhǔn)表說明書規(guī)定的范圍之內(nèi)。（5）測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備見表 1。

表1 測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備

主標(biāo)準(zhǔn)器為標(biāo)準(zhǔn)表，一般采用外夾式超聲流量計或插入式超聲流量計。標(biāo)準(zhǔn)表應(yīng)有有效的檢定或校準(zhǔn)證書，其安裝、使用應(yīng)符合相應(yīng)檢定規(guī)程、技術(shù)規(guī)范或使用說明書的要求。配套設(shè)備包含測厚儀、鋼卷尺、秒表。配套設(shè)備的計量性能不降低標(biāo)準(zhǔn)表的計量性能，配套設(shè)備應(yīng)具有有效的計量檢定或者校準(zhǔn)證書。

4 校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法

4.1 校準(zhǔn)項目

流量計在線示值誤差（流量系數(shù)）及重復(fù)性。

4.2 校準(zhǔn)方法

1.被校流量計安裝現(xiàn)場條件檢查——被校流量計安 裝現(xiàn)場應(yīng)符合規(guī)范的要求。

2.標(biāo)準(zhǔn)表安裝現(xiàn)場條件檢查——在線安裝地點按上述3.3 的要求選取現(xiàn)場安裝標(biāo)準(zhǔn)表的合適地點。主標(biāo)準(zhǔn)器的換能器一般安裝在電磁流量計上游直管側(cè)或下游直管側(cè)，具體安裝條件可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)器的使用說明書進(jìn)行調(diào)整。保證主標(biāo)準(zhǔn)器安裝位置前后直管段長度要求，并避開可能產(chǎn)生不 滿管、彎頭、閥門或外部管徑銹蝕嚴(yán)重的位置，工作原理如圖 1 所示。

圖1 工作原理圖

3.根據(jù)選取的標(biāo)準(zhǔn)表類型按其他參數(shù)的確定的方法正確安裝設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)表參數(shù)，必要時帶壓打孔安裝。

4.管徑測量——用儀器在換能器安裝位置附近的同一截面上大致等角分布測量n 次外徑，或測量n 次外周長推算出外徑，其平均值D 按式（1）計算。

式中：

n——測量次數(shù)，n ≥4。

Di——第i 點測得的管道外徑或推算出的外徑。

5.壁厚測量——清理換能器安裝位置的管壁，露出管道金屬材質(zhì)并打磨光滑，用測厚儀取5 個點測量管道壁厚，并取其平均值作為壁厚。

6.其他參數(shù)的確定——如管道材質(zhì)、襯里材料等，由被檢單位現(xiàn)場提供并確認(rèn)。

7.標(biāo)準(zhǔn)表的安裝——換能器安裝方式通常有Z 法、V 法。一般為安裝方便采用V 法進(jìn)行測量，當(dāng)管徑較大或者管道內(nèi)雜質(zhì)較多導(dǎo)致信號較弱時，可采用 Z 法測量。輸入管道參數(shù)得出安裝距離L。根據(jù)安裝距離進(jìn)行安裝。

8.正確設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)表參數(shù)，保證流量計正常工作。

9.校準(zhǔn)流量點的選擇及校準(zhǔn)次數(shù)——對流量計的零點進(jìn)行檢查無偏差后，根據(jù)實際確定校驗流量點，一般選取現(xiàn)場可調(diào)流量點的上、下限進(jìn)行校準(zhǔn)，每個校準(zhǔn)點校準(zhǔn)次數(shù)一般大于等于三次?，F(xiàn)場無法調(diào)節(jié)流量的，可在一天不同時段進(jìn)行流量點的校準(zhǔn)。

可采用累計流量或瞬時流量兩種方法進(jìn)行校準(zhǔn)。一般流量波動范圍在3%內(nèi)時測量其瞬時流量，流量波動范圍超出3%時采測量其累計流量。

采用瞬時量時，則至少分別讀取 20 個數(shù)值，取其平均值。

采用累計流量校準(zhǔn)時，應(yīng)同步采集被校設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的起始、終止值。

5 校準(zhǔn)結(jié)果

校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)給出在線示值誤差（流量系數(shù)）、重復(fù)性、校準(zhǔn)結(jié)果的擴展不確定度。

1.在線示值誤差——流量計單次校準(zhǔn)的相對示值誤差為：

式中：

Eij——第i 校準(zhǔn)點第j 次校準(zhǔn)時被校流量計的相對示值誤差，%。

Qij——第i 校準(zhǔn)點第j 次校準(zhǔn)時被校流量計的累積流量值，m3。

(Qs)ij——第i 校準(zhǔn)點第j 次校準(zhǔn)時標(biāo)準(zhǔn)器換算成流量計狀態(tài)時的累積流量，m3。

qij——第i 校準(zhǔn)點第j 次校準(zhǔn)時被校流量計的瞬時流量值，可為一次校準(zhǔn)過程中多次讀取的瞬時流量值的平均，m3/h。

(qs)ij——第i 檢定點第j 次校準(zhǔn)時標(biāo)準(zhǔn)器換算到流量計狀態(tài)的瞬時流量值，m3/h。

流量計第i 校準(zhǔn)點示值誤差按式（3）計算：

式中：

Eij——流量計在線示值誤差。

n——校準(zhǔn)次數(shù)。

流量計的在線示值誤差E 為流量計各校準(zhǔn)點的示值誤差中絕對值最大的誤差值。

2.流量系數(shù)——當(dāng)被檢表為脈沖輸出時，流量系數(shù)K 通過下式計算：

式中：

Kij——第i 校準(zhǔn)點第j 次校準(zhǔn)時被校流量計的流量系數(shù)，(m3)-1。

Nij——第i 校準(zhǔn)點第j 次校準(zhǔn)時被校流量計所輸出的脈沖數(shù)；流量計第i 校準(zhǔn)點流量系數(shù)按式（5）計算：

流量計的流量系數(shù)K 可通過式（6）計算：

式中：

(Ki)max，(Ki)min——分別為在測量范圍內(nèi)各校準(zhǔn)點流量系數(shù)的最大值和最小值。脈沖輸出的流量計的相對示值誤差：

3.重復(fù)性——當(dāng)每個流量點重復(fù)校準(zhǔn)n 次時，該流量點的重復(fù)性按下式評定：

式中：

(Er)i——第i 個測量點重復(fù)性%。

流量計的重復(fù)性：

式中：

Er——流量計的重復(fù)性。

[(Er)i]max——取各校準(zhǔn)點重復(fù)性的最大值。

4.流量計特征系數(shù)修正——流量計經(jīng)校準(zhǔn)后，如超過流量計最大允許誤差，可根據(jù)說明書將流量計進(jìn)行特征系數(shù)的修正，修正完成后流量計重新進(jìn)行校準(zhǔn)。

6 校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)

流量計校準(zhǔn)完成后，根據(jù)校準(zhǔn)記錄，出具校準(zhǔn)證書，并給出校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度。

7 復(fù)校時間間隔

由于復(fù)校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等因素所決定，因此，申請校準(zhǔn)單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔，建議不超過1 年。更換重要部件、維修、重新安裝或?qū)x器性能有懷疑時，應(yīng)隨時校準(zhǔn)。