摘要： 大(dà)口徑(jìng)電磁流量計 使用中很難(nán)送往(wǎng)實驗(yàn)室檢(jiǎn)定,現(xiàn)在通常采(cǎi)取的是使(shǐ)用同級别(bié)超聲波流(liú)量計進(jìn)行現場(chǎng)校準。而(ér)受限于(yú)現場(chǎng)環(huán)境、安裝(zhuāng)位置等(děng)因素對(duì)兩種流(liú)量計測量結果的影響(xiǎng)，校準(zhǔn)結(jié)果往往(wǎng)需要(yào)根據校準(zhǔn)實際(jì)情況進行(háng)符合性(xìng)研究,使(shǐ)校準工作變得(dé)有意(yì)義。
0引言
　　随(suí)着政府及(jí)社會(huì)對于水資源重(zhòng)視程(chéng)度的提高(gāo),供水企業本身(shēn)對于供水(shuǐ)環節經濟(jì)核(hé)算的要(yào)求,使(shǐ)得大(dà)口徑(jìng)的流(liú)量(liàng)計需求(qiú)日(rì)益增加。與此(cǐ)同時(shí)，污水(shuǐ)處理量的增(zēng)長也使(shǐ)得許多污水處(chù)理廠紛紛選擇使用(yòng)大口(kǒu)徑流(liú)量計作爲計量端口(kǒu)。污水(shuǐ)電磁(cí)流量計 因(yīn)其無壓力損失且不受管道内(nèi)流體(tǐ)密度(dù)、黏(nián)度、溫度(dù)等因素的影響(xiǎng),成爲污水處理企業的首選。
　　大(dà)口徑電磁流量(liàng)計的在線(xiàn)使用數量十(shí)分龐大(dà),精度等級(jí)-般爲(wèi)0.5級或(huò)1.0級。對于 電(diàn)磁流量計 ,國家有《jjg1033--2007電磁(cí)流量計(jì)》檢定規程,規程(chéng)規定(dìng)需将被檢電磁(cí)流(liú)量計安(ān)裝在(zài)液體流量(liàng)标準裝(zhuāng)置(zhì)上進行檢(jiǎn)定。這就要(yào)求使用企(qǐ)業先停止(zhǐ)處理污水(shuǐ),然(rán)後将流量計(jì)從管道(dào)上拆卸(xiè)下來(lái),送(sòng)到(dào)法定計量機(jī)構(gòu)進行(háng)檢定(dìng)。這在實際(jì)狀況下(xià)是(shì)極其(qí)困難的,時間(jiān)和(hé)經濟上(shàng)都(dōu)不允(yǔn)許。因此,大(dà)部分(fèn)企業隻能選擇(zé)在(zài)線校準(zhǔn)模式(shì)對流量計進行誤差(chà)驗證(zhèng)。
　　由于(yú)現場(chǎng)管(guǎn)道的封(fēng)閉性(xìng),使(shǐ)用(yòng)嵌人(rén)式或插人式的(de)标準器進行校(xiào)準是(shì)不(bú)可行的(de),而外夾式(shì)的 液(yè)體超(chāo)聲波流量(liàng)計 精度往(wǎng)往劣于被校電磁流量計。綜合以上(shàng)因素,目前(qián)國内(nèi)對大口徑電磁(cí)流量計現場校(xiào)準通(tōng)常采用(yòng)相(xiàng)同精度等級的外夾式(shì)超聲波(bō)流量計作爲标準器進行(háng)比較(jiào),即讓超聲波流(liú)量計與被(bèi)校準(zhǔn)電磁流量計串(chuàn)聯在現場管道中,同步讀取兩(liǎng)者的示值。
　　檢測(cè)人員在出(chū)具校(xiào)準證書時給出(chū)兩種(zhǒng)流量計的(de)示(shì)值并評(píng)定測量結(jié)果(guǒ)的不确(què)定度。現在(zài)出現了一個(gè)普遍性(xìng)的問(wèn)題:校準的示值誤差經常(cháng)大大(dà)超(chāo)過被校(xiào)流量計的最大(dà)允許誤(wù)差,且不确定度(dù)分析不(bú)夠全面(miàn)。原(yuán)因在(zài)于一方面标準器的精(jīng)度(dù)等級與被(bèi)校流量計(jì)平級,示值(zhí)誤差(chà)期望本身就比(bǐ)較大(dà);另一(yī)方面(miàn),流量計本身之外的因(yīn)素對測量結果也有比(bǐ)較(jiào)大的(de)影響,如(rú)環境條件、介質(zhì)、安裝(zhuāng)位(wèi)置等。
　　很(hěn)多用(yòng)戶購買流(liú)量計(jì)後,把流量(liàng)計的(de)精度誤認(rèn)爲整個流量體系的精度(dù)。校準(zhǔn)的數據偏離就讓許多用戶産生(shēng)疑問甚至糾(jiū)紛,這(zhè)就導緻了(le)校準數據(jù)常常(cháng)讓使用方無法(fǎ)判斷(duàn)示值誤差(chà)是否準(zhǔn)确,也無(wú)法精确修(xiū)正(zhèng)誤(wù)差,更(gèng)不能(néng)實現(xiàn)溯源性(xìng),校(xiào)準就失去了意義。
　　國家目前(qián)沒有電(diàn)磁流(liú)量計的校(xiào)準規範,所(suǒ)以檢測人(rén)員在校準(zhǔn)電磁(cí)流量(liàng)計時(shí)往(wǎng)往參照(zhào)電磁(cí)流量(liàng)計檢(jiǎn)定規程。問(wèn)題在(zài)于,檢(jiǎn)定電磁流(liú)量計時是在實驗室(shì)環境(jìng)下進行,然(rán)而現場校準時(shí)的管(guǎn)道(dào)、安裝距離等(děng)條(tiáo)件并非(fēi)如實驗室裏那(nà)樣理(lǐ)想,按照檢(jiǎn)定規程的方法校準電磁流量計,得(dé)到的測量(liàng)結果是否(fǒu)有效(xiào)?所以檢測人員(yuán)往往隻能給出(chū)現場環境下的(de)校準(zhǔn)結(jié)果,而無法對(duì)校準(zhǔn)的符(fú)合(hé)性(xìng)進行判斷(duàn)。
1.電磁流量(liàng)計現場校(xiào)準(zhǔn)符(fú)合性(xìng)研究的必(bì).要性(xìng)
　　根據《jjf1094-2002測量儀器(qì)特性評定(dìng)》要求(qiú),對測(cè)量儀(yí)器特性進行符(fú)合性(xìng)評定時(shí),若評定(dìng)示.值誤差(chà)的不(bú)确定(dìng)度u95與被校(xiào)測量儀器最大(dà)允許(xǔ)誤差(chà)的絕(jué)對值mpev滿足關系u95≤1/3mpev時,可(kě)不3'考慮示(shì)值誤差評定的(de)測量不确定度(dù)的影響，是(shì)否合(hé)格的(de)判(pàn)定依據(jù)如表1所示。



　　mpev參照(zhào)說明書或出廠(chǎng)檢定,是已(yǐ)知(zhī)的值,而示值誤差(chà)一旦校準完成(chéng)也可(kě)以确定,因此u95的評估(gū)至關(guān)重要。目(mù)前而言(yán),校準結(jié)果(guǒ)的不(bú)确定度評估往(wǎng)往僅考慮(lǜ)實驗室(shì)環(huán)境下，隻對(duì)測量結果(guǒ)的(de)重(zhòng)複性、标準(zhǔn)器示(shì)值誤差(chà)帶(dài)來的不确(què)定度進行(háng)評(píng)定,忽略(luè)了現(xiàn)場環(huán)境下(xià)電磁(cí)流量計安裝在較差(chà)狀态的管(guǎn)道或現(xiàn)場安裝(zhuāng)條件達不(bú)到要(yào)求時,其它(tā)各種(zhǒng)因素帶來的不(bú)确定(dìng)度(dù)影響。
　　對現場檢測結果(guǒ)如何進行評估?是一直困(kùn)擾着檢測(cè)技(jì)術人員(yuán)的難題(tí)。這裏提(tí)出研(yán)究其符合(hé)性(xìng),可以判(pàn)斷測(cè)量結果是否(fǒu)在可控範圍(wéi)内，校(xiào)準是否有(yǒu)效。進行符(fú)合性(xìng)評定(dìng)的同時(shí),能(néng)幫助用戶理解校準結果消除(chú)疑慮(lǜ),亦可有(yǒu)效(xiào)分析出問題所在,使得使用方更容(róng)易對症下藥進(jìn)行整改。
2流(liú)量計(jì)原理
2.1電磁流量計
　　電(diàn)磁流量計(jì)是應用(yòng)法拉第(dì)電磁(cí)感應原理(lǐ),根據:導(dǎo)電流體通過(guò)外加磁場(chǎng)時感生的電動(dòng)勢來(lái)測量導電(diàn)流體流量的(de)一(yī)種儀器。體(tǐ)積流(liú)量q.與産(chǎn)生的電(diàn)動勢(shì)成正(zhèng)比,檢(jiǎn)測電動勢信号即可(kě)求(qiú)出對應(yīng)流量值(zhí)。
2.2超(chāo)聲波(bō)流計(jì)
　　超聲波流(liú)量計 現場校準一般使用外夾(jiá)式時差法(fǎ)超聲(shēng)波流(liú)量計。在規定位(wèi)置安裝兩(liǎng)個超聲波換能(néng)器相(xiàng)互發(fā)射超(chāo)聲波(bō)信(xìn)号,使(shǐ)聲(shēng)波在流體(tǐ)中傳(chuán)播,順流(liú)方向聲(shēng)波傳播速度會增大,逆流方向(xiàng)則減小。同一傳播距(jù)離(lí)就有不同的傳(chuán)播時間(jiān),利用(yòng)傳播速度(dù)之差與被測流(liú)體流(liú)速(sù)之關系(xì)求取(qǔ)流(liú)速(sù)，再根據流(liú)體截面積(jī)計算(suàn)出體積流量。
3符合性評定(dìng)來源和影響因(yīn)素
　　雖然标準器(qì)與被檢儀表在(zài)同一(yī)個管道中(zhōng)，介質的物(wù)理性(xìng)質、環境條(tiáo)件和安裝(zhuāng)位置(zhì)基本(běn)相同,但同樣的(de)因素對(duì)不同種類的流量計影(yǐng)響卻不一樣。這就決(jué)定了兩個(gè)精度相近的流量計在(zài)相(xiàng)同條件(jiàn)下測量結果(guǒ)可能相(xiàng)差(chà)很大(dà)，這些會(huì)導緻校準結果(guǒ)偏移的(de)因素就是符合(hé)性評定的來源(yuán)。
3.1必須(xū)符合(hé)的因素
3.1.1是否(fǒu)滿管的影響(xiǎng)
　　電磁流量計和超聲波流(liú)量(liàng)計都屬(shǔ)于速(sù)度式(shì)流量(liàng)計,測(cè)量得到的(de)是管道内的平均流(liú)速,再根(gēn)據管道截面積計算出(chū)流量值。然(rán)而(ér)當(dāng)管道(dào)内流(liú)體不(bú)是滿管(guǎn)狀态時,實際流體截面(miàn)積小于滿(mǎn)管時(shí)的流體截面積(jī),測量的結(jié)果就(jiù)會偏(piān)離(lí)很大。所(suǒ)以測量前(qián)一定(dìng)要确認流體是(shì)否處(chù)于滿管流(liú)動狀态(tài),對于非(fēi)滿管(guǎn)的(de)管道,無法進行有效的(de)校(xiào)準測量(liàng)。
3.1.2安裝(zhuāng)位置的影(yǐng)響
　　在(zài)流量計安裝位置的下(xià)遊應有(yǒu)一定(dìng)的背(bèi)壓,才能(néng)确保(bǎo)流體充(chōng)滿管道。一(yī)般(bān)的(de)安裝位置有四(sì)種:高位水平安(ān)裝、低(dī)位水平安(ān)裝、垂直向(xiàng)下安(ān)裝和(hé)垂直向上(shàng)安裝。如圖1所示(shì),其中高位(wèi)水平(píng)安裝和垂直向下(xià)安(ān)裝極容易(yì)導緻(zhì)流體(tǐ)非滿(mǎn)管的情(qíng)況,隻允(yǔn)許垂(chuí)直向上安(ān)裝和低位水平(píng)安裝。

3.2需要附加(jiā)進行評(píng)定的因素
3.2.1前後直管段(duàn)的影響(xiǎng)
　　流量計(jì)保證(zhèng)儀表安裝前後有一定長(zhǎng)度的(de)直管段(duàn),以(yǐ)确保流體到達被檢儀(yí)表時管(guǎn)道截(jié)面流速軸(zhóu)對稱分(fèn)布。對于(yú)電磁流量(liàng)計(jì),當流體流速(sù)分布(bù)不均(jun1)勻(yún)時,每個流動(dòng)質點(diǎn)相對于(yú)電(diàn)極幾何位(wèi)置的不同,對電(diàn)極所(suǒ)産生(shēng)的感應電動勢的大(dà)小也(yě)不(bú)同,測量(liàng)結果就會有偏(piān)差。
　　超(chāo)聲波(bō)流量(liàng)計對直管(guǎn)段要(yào)求相比于電磁(cí)流量計更加苛刻,當流體不穩(wěn)定時(shí),對聲波傳播速(sù)度(dù)和方向(xiàng)影響很大(dà)。在前後直(zhí)管(guǎn)段相同(tóng)的情況(kuàng)下，兩種(zhǒng)流量(liàng)計的測量(liàng)誤差也不(bú)一樣。
3.2.2介質(zhì)的(de)影(yǐng)響
　　當(dāng)介質爲含(hán)有雜(zá)質(zhì)的污水時,會(huì)有化學、生物、物理污(wū)染物(wù)的影響。對(duì)于電(diàn)磁流(liú)量計(jì),-些沉澱物(wù)會附着(zhe)在電磁(cí)流量(liàng)計電極表(biǎo)面,常常引起零點變(biàn)動(dòng),故(gù)必須(xū)确認(rèn)是否周期(qī)性(xìng)清(qīng)理,未定期(qī)清理的電磁流(liú)量計會帶(dài)有附(fù)加誤差(chà)。
　　污(wū)水流動過程中比淨(jìng)水更容易産生(shēng)氣泡(pào)，污水中的(de)固體顆粒(lì)、生物(wù)因子(zǐ)、氣泡會嚴(yán)重阻(zǔ)礙超(chāo)聲波(bō)的傳(chuán)播(bō)和信号(hào)接收,對超聲波(bō)流量計的測量精度影(yǐng)響(xiǎng)是非(fēi)常嚴重的。
3.2.3漸擴(kuò)管和漸(jiàn)縮(suō)管的(de)影響
　　當管道設(shè)計與電(diàn)磁流量(liàng)計口徑選型不(bú)符時,常(cháng)常使用(yòng)漸變(biàn)管進行變(biàn)徑。根據試驗研(yán)究,角度小于15°、直管段距離(lí)大于5d(d爲管道直徑)的(de)漸擴(kuò)管和漸縮管對流(liú)體狀态幾乎沒有(yǒu)影響(xiǎng);而角度(dù)大于15或直管段距離小于5d時,應當考慮(lǜ)漸擴管和漸縮(suō)管對測量(liàng)結果(guǒ)的影響。
3.2.4管(guǎn)道狀(zhuàng)态的(de)影響
　　管道的缺(quē)陷一(yī)般包(bāo)括:管(guǎn)道(dào)外部起(qǐ)鏽或附着污泥(ní),導緻外徑測量(liàng)偏大(dà);管(guǎn)道類型(xíng)爲卷鋼(gāng),有焊接(jiē)痕迹突起(qǐ),導緻(zhì)外徑測(cè)量(liàng)偏大(dà);管道老(lǎo)化内部(bù)有鏽(xiù)層(céng)，導(dǎo)緻内(nèi)徑實(shí)際值偏小(xiǎo)，流量随之偏小。
　　電磁(cí)流量計與超聲(shēng)波流(liú)量計(jì)流量(liàng)計(jì)算(suàn)原理同爲流體平均(jun1)流速乘以流(liú)體(tǐ)截面積，因此内(nèi)徑偏差導緻的流體(tǐ)截面積誤(wù)差會對兩(liǎng)種流量計造成(chéng)影響。超聲(shēng)波流量計(jì)安裝(zhuāng)時需要測(cè)量管(guǎn)道外徑,壁厚的測(cè)量隻在(zài)打磨處進(jìn)行,因(yīn)爲内徑=外徑-壁(bì)厚,此(cǐ)時要考慮(lǜ)外徑測量偏大的影響。
3.2.5超聲波(bō)流量計換(huàn)能器(qì)安裝距(jù)離的影響
　　參考(kǎo)文獻中(zhōng)的試驗(yàn)結果,超聲波流(liú)量(liàng)計換(huàn)能器安裝距離的偏差(chà)也會導(dǎo)緻測量結果有誤差(chà)。當傳(chuán)感器之間的(de)安裝距離的(de)相對誤差(chà)爲4.7%時,流量(liàng)相對(duì)誤差爲10.7%;管道内(nèi)徑相(xiàng)對(duì)誤差爲(wèi)-3.3%時,流量相對誤(wù)差爲-5.5%。因此安裝距離對于超聲(shēng)波流量計的影(yǐng)響是(shì)非常大的(de)。須根(gēn)據有無換(huàn)能器安裝标尺(chǐ),現場操作等因(yīn)素評(píng)估誤差。
3.2.6其(qí)它因(yīn)素影響
　　測(cè)量過(guò)程(chéng)中還有(yǒu)其它因素(sù)會導緻測(cè)量結果的(de)失準(zhǔn),如(rú):電磁流(liú)量計(jì)周圍(wéi)磁場(chǎng)影響、電磁流量計遠(yuǎn)傳線路過(guò)長對信号(hào)影響(xiǎng)、噪音(yīn)對(duì)超聲波(bō)流量計的(de)聲波(bō)影(yǐng)響、流(liú)量(liàng)計離(lí)泵過近(小(xiǎo)于30d距(jù)離)帶來(lái)的流場(chǎng)不均(jun1)勻的(de)影響等。這(zhè)些都是無(wú)法現場量化的(de)誤差來源(yuán),應盡(jìn)量避免，消除産(chǎn)生誤差的可能(néng)性。
4評(píng)估與(yǔ)計算
　　用戶(hù)關心的是(shì)現場環(huán)境下流(liú)量的測量是否(fǒu)準确(què)。由于缺乏(fá)專業(yè)性,用(yòng)戶會認爲校準結果(guǒ)中的(de)示值誤差(chà)就應該代(dài)表流(liú)量測(cè)量時流量(liàng)計的準确性,經常對證書給出(chū)的不(bú)确定(dìng)度(dù)置之不(bú)理。
　　除(chú)了前(qián)文提到的測量(liàng)結果(guǒ)的重複性、标準器示(shì)值誤(wù)差引起(qǐ)的不确(què)定度u1、u2,引入各種幹擾因(yīn)子的不(bú)确定(dìng)度分(fèn)量應附加到校準結(jié)果中,根據需要(yào)附加進(jìn)行(háng)評定(dìng)的因素(sù),有(yǒu)u3、u4、u5、u6等。得到:

5結(jié)論
　　最(zuì)後評(píng)估的(de)u95根據(jù)現場環境與(yǔ)測量過(guò)程一(yī)般在(zài)1.0%~4.0%之間。當|0|≤mpev+uqs時(shí),校準符合性判斷不(bú)合格(gé);當mpev-u95≤|o|≤mpev+u95時,根據(jù)《jjf1094--2002測量(liàng)儀器特性評定(dìng)》定義(yì),校(xiào)準(zhǔn)符合(hé)性結果屬于待(dài)定。即(jí)可以通過采(cǎi)用精度更高(gāo)的測量标準、改(gǎi)善環境條(tiáo)件、增(zēng)加測量次數和(hé)改變(biàn)測(cè)量方法(fǎ)等措(cuò)施,以(yǐ)降低(dī)測量(liàng)不确定度(dù)評定。然(rán)而限制(zhì)于校準方法的(de)困乏(fá)、标準器精(jīng)度的局(jú)限(xiàn)、現場(chǎng)環境的客觀存(cún)在,不确(què)定(dìng)度的(de)評定始(shǐ)終無法(fǎ)達到u95≤1/3mpev的程(chéng)度,測(cè)量誤差也(yě)基本(běn)不可能滿(mǎn)足|Δ|≤mpev-u95,那(nà)麽對電磁流量計的校準符合性研(yán)究結果隻(zhī)能停留在待定(dìng)與不(bú)合格之間(jiān)。

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