電磁流(liú)量計 以其(qí)安裝方便(biàn)、正确率高(gāo)等優(yōu)點(diǎn)在自來(lái)水、熱水熱(rè)能貿(mào)易結算中被廣(guǎng)泛應用,并(bìng)被要(yào)求進行定期的(de)計量檢(jiǎn)定(dìng)。在我國,0.5級(jí)以下電磁流量計(jì)的檢定(dìng)周期(qī)爲(wèi)兩年。事實上(shàng),許多(duō) 大口(kǒu)徑電磁(cí)流量計(jì) (一般(bān)爲dn400mm以(yǐ)上)由(yóu)于(yú)拆裝、運輸和(hé)生産(chǎn)等問(wèn)題,無法實(shí)現定期離線檢(jiǎn)定,造成計量失控,引發諸(zhū)多(duō)貿易糾(jiū)紛。因(yīn)此，需要建立-套(tào)能夠對電(diàn)磁流(liú)量計(jì)進行在線檢定(dìng)或校準的方(fāng)法，在保證有(yǒu)效溯源性(xìng)的前提下,實現對電(diàn)磁流量(liàng)計的量(liàng)值溯源，從而實(shí)現對現場電磁(cí)流量(liàng)計的在線(xiàn)計量檢定(dìng)。或最(zuì)低限(xiàn)度提供一(yī)種手段，能夠對在線電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計進行(háng)期間核(hé)查,在一定不确(què)定度範(fàn)圍(wéi)内對(duì)在線電磁流量(liàng)計的計(jì)量(liàng)特性(xìng)進行(háng)确認，達到(dào)延長電磁(cí)流量計離(lí)線檢定周(zhōu)期的目的。
一、研究背景
　　根據上(shàng)述存在(zài)的問題，有關專家(jiā)也提(tí)出過多種在線檢定(dìng)或(huò)校準方(fāng)案(àn),歸納起(qǐ)來,其(qí)主流方案主要(yào)有兩種:一(yī)種是(shì)勵磁(cí)線圈檢查(chá)法,即(jí)在傳感器(qì)安裝(zhuāng)勵磁線圈(quān)的腔體内置一(yī)标準(zhǔn)線圈,标準(zhǔn)線圈的銅電阻與勵磁線圈的(de) 銅電阻 相近,通(tōng)過外圍(wéi)電路控(kòng)制實現标準線(xiàn)圈和勵磁線圈(quān)産生(shēng)的信号進(jìn)行比較,以檢查(chá)勵磁線圈(quān)當前(qián)産生(shēng)的(de)信(xìn)号與(yǔ)原來産生(shēng)信号(hào)的一(yī)緻(zhì)性,從而确定電(diàn)磁流量(liàng)計的(de)計量特性是否(fǒu)發生(shēng)變化,這種(zhǒng)方法又稱(chēng)爲電(diàn)磁流量計的“幹(gàn)标”方法;另(lìng)一種方法(fǎ)是非(fēi)接觸(chù)測(cè)量(liàng)法,即(jí)利用外(wài)夾(jiá)式超(chāo)聲波流量(liàng)計夾(jiá)持在被測(cè)流量(liàng)計管(guǎn)道上，通過(guò)比對(duì)兩台(tái)流量(liàng)計的流(liú)量來确(què)定被檢流量計(jì)的計量特性。
　　應(yīng)該說上述(shù)兩種方法(fǎ)理論(lùn)上都(dōu)有其合理性,但(dàn)存在(zài)方法設計(jì).上的缺(quē)陷，無法保證量(liàng)值溯(sù)源(yuán)性和可靠(kào)性,因(yīn)此,無(wú)法(fǎ)得(dé)到法(fǎ)律層面(miàn)上的認(rèn)可(kě)。首先,第(dì)一種(zhǒng)方法，由于标準(zhǔn)線圈是直接設計到流(liú)量計表(biǎo)體中(zhōng)的(de)，我們無(wú)法對其電阻等(děng)指标(biāo)的性(xìng)能進行定期的(de)量值溯源，無(wú)法(fǎ)判斷(duàn)一段(duàn)時間後标準線圈的(de)計量(liàng)性能是否發生變化,所以(yǐ),用其(qí)作爲計(jì)量傳遞(dì)的标準顯然有(yǒu)缺陷。
第(dì)二種方(fāng)法,時(shí)差法 外夾(jiá)式超聲(shēng)波流量計 的優(yōu)點(diǎn)在于可以定期對 超(chāo)聲波流量計 進(jìn)行檢定。超(chāo)聲(shēng)波流量(liàng)計測(cè)量流(liú)量的原理(lǐ)是根據速(sù)度(dù)面積法求得流量qʋ的，其(qí)公示爲
qʋ=`va(1)
式中:`v一管道内流(liú)體截(jié)面上(shàng)平均流速(sù);a一流體流經管(guǎn)道的(de)截面(miàn)積。
　　從(cóng)式(1)中可以(yǐ)看到(dào)，要得到(dào)正确的(de)流量,必須得到正确的(de)管道平(píng)均流速和截面(miàn)積。其中，時差法(fǎ)超聲波流(liú)量計測量流速可以得到(dào)滿意的結果但是,現場管(guǎn)道由于未(wèi)經(jīng)特别加(jiā)工很(hěn)難确(què)定管道(dào)的截面(miàn)積。因此，無法控(kòng)制外(wài)夾式(shì)超聲(shēng)波流量計現場(chǎng)測量精度,通常(cháng)外夾(jiá)式(shì)超聲波流量(liàng)計的(de)測量相對示值誤差(chà)能達到1%~5%,正(zhèng)确率(lǜ)較低(dī),已(yǐ)失(shī)去對(duì)現場電磁流量(liàng)計進行比對的(de)意義。
二、方案的(de)提出(chū)和分析
　　比較上述兩(liǎng)種方案，從(cóng)理論上來講都(dōu)是可行的。但(dàn)第(dì)二種方法(fǎ)更容易實(shí)現(xiàn)量(liàng)值的(de)溯源(yuán)和檢(jiǎn)定中不确定度(dù)分量(liàng)的控制。隻要在量值(zhí)傳遞(dì)過程(chéng)中将流量(liàng)測量可(kě)能(néng)引入(rù)的不确(què)定度分(fèn)量控制在可允許的(de)範圍内,就(jiù)可以實現(xiàn)對現(xiàn)場電(diàn)磁流(liú)量計(jì)正确的(de)流量賦值。
1.外夾式超聲(shēng)波流(liú)量(liàng)計(jì)工作(zuò)原理和測量不(bú)确定度分量分析
　　時(shí)差法超聲(shēng)波流(liú)量計是以(yǐ)超(chāo)聲波在(zài)流體(tǐ)内順逆兩個傳播方向,利用傳(chuán)播時間(jiān)差與流體流速之間的(de)關(guān)系求得(dé)流體(tǐ)流量的,工作原(yuán)理如圖1所示。
 
　　根據聲(shēng)波(bō)在順逆(nì)兩個方向(xiàng)傳播的時間(jiān)差可得(dé)到該(gāi)傳播方向(xiàng).上的(de)流體線平均流速(v):
 
　　式(shì)中::c一(yī)聲速(sù);l一(yī)聲(shēng)波傳(chuán)播距離;0一聲道夾角;t1、t2--聲波順逆向傳播時間。
根(gēn)據比爾(ěr)蓋(gài)兒法(fǎ)計算出面流速v:
 
　　式中(zhōng):k--補償系數(shù)(k=1.119+0.011lgre;re爲雷諾數(shù)),在--定(dìng)雷諾數範圍内可視爲常數,在(zài)使用(yòng)中可以通(tōng)過水流量标準(zhǔn)裝置标(biāo)定給出(chū)。
　　根據_上(shàng)述(shù)公式(shì),可得流(liú)量計算(suàn)公式(shì)爲
 
式(shì)中:d-管(guǎn)道直徑。
　　從式(4)中(zhōng)可以看(kàn)到,h以和(hé)超聲波流(liú)量計所使用的時基(jī)精度(dù)相(xiàng)關,作爲(wèi)用于量值傳遞(dì)的标準(zhǔn)表,流(liú)量計可選取較高(gāo)精度(dù)等(děng)級(jí)的時(shí)基，因(yīn)此,t1、t2測量引入的(de)不确定度(dù)可以(yǐ)忽(hū)略(luè)不計(jì)。如果采(cǎi)取相應(yīng)的措施保證d和(hé)l的測(cè)量不确定(dìng)度(dù)足夠小(xiǎo)，直至(zhì)可以(yǐ)忽(hū)略(luè)不計(jì),則流量測(cè)量的(de)不确定度僅和k的标定精度相(xiàng)關。
2.外夾式超聲(shēng)波流量計(jì)特征(zhēng)尺寸的(de)确定
　　爲(wèi)保證d和l的(de)測量精度足夠高，應(yīng)在(zài)被檢電磁流(liú)量計(jì)的管(guǎn)路上(shàng)預裝标準管段(duàn)以安(ān)裝(zhuāng)外(wài)夾式(shì)超聲波流量計(jì)。由(yóu)于(yú)标準管段(duàn)是一個經過加(jiā)工的(de)直管段,因(yīn)此,不會(huì)增加太(tài)大的(de)成本。
　　标準(zhǔn)管(guǎn)段(duàn)内徑(jìng)的加(jiā)工可(kě)參照gb/t2624--2006《用安(ān)裝在圓形(xíng)截面管道中的差壓(yā)裝置測(cè)量滿管流(liú)體流量》中對(duì)節流件上(shàng)遊2d範圍内管道内徑(jìng)的加工要(yào)求。加(jiā)工後(hòu)的(de)标(biāo)準管(guǎn)段應分别在至(zhì)少3個截面的4個(gè)不同(tóng)方(fāng)向進行d值測量(liàng),加工偏(piān)差應小于(yú)标準(zhǔn)規定。
　　聲波傳播(bō)距離l的确定主(zhǔ)要是避(bì)免(miǎn)每次測量管道(dào)圓度不夠、外(wài)壁腐蝕(shí)以及換能器和(hé)管道(dào)間裝夾間(jiān)隙不同(tóng),對(duì)傳播(bō)距離(lí)l的(de)影響。可(kě)在标準(zhǔn)管段外(wài)壁加工固定的(de)安裝位置并設加裝(zhuāng)螺孔,在加(jiā)裝換能(néng)器時用扭力(lì)扳手緊固(gù),确保(bǎo)每次(cì)裝夾(jiá)間隙(xì)的一緻性(xìng)。
　　在标準管段和外夾式超聲波(bō)流量計-起在水流量标準裝置(zhì).上檢(jiǎn)定後(hòu),将(jiāng)标準管(guǎn)段預裝在(zài)現場管(guǎn)道,并在換能(néng)器安裝位置加(jiā)裝(zhuāng)防護罩(zhào)。由于标準(zhǔn)管段(duàn)結構、加工要求(qiú)和使用(yòng)環境與(yǔ)文丘(qiū)裏管(guǎn)有極(jí)度的(de)相似性,因(yīn)此,其使用(yòng)周(zhōu)期(qī)可以(yǐ)采用(yòng)和文(wén)丘裏管相(xiàng)等的(de)檢定周期,即檢(jiǎn)定周期爲4年。每(měi)年利用标準管(guǎn)段和外(wài)夾(jiá)式超，聲流(liú)量計對在(zài)線電(diàn)磁流(liú)量計(jì)進行(háng)核查，如核(hé)查結(jié)果(guǒ)滿意則順延電磁流量(liàng)計的檢定(dìng)周期，否則電磁流量(liàng)計和(hé)标準管段(duàn)均應離線檢定(dìng)。每--個外夾(jiá)式超聲波(bō)流(liú)量計可(kě)以和任(rèn)意(yì)管徑(jìng)的标準直管段(duàn)配合并擁(yōng)有該(gāi)套配置的(de)k值及相應(yīng)的精度,通(tōng)過定期的期間(jiān)核查(chá)達(dá)到延長(zhǎng)電磁流(liú)量計(jì)檢(jiǎn)定周期的目的。
三、标(biāo)準管段和(hé)外夾(jiá)式超聲波(bō)流量(liàng)計(jì)的管理(lǐ)策略(luè)
　　需要對(duì)外(wài)夾式超聲波流(liú)量計及對應的(de)标準管段(duàn)進行(háng)檢定(dìng),标定(dìng)一定流量範圍内(nèi)各(gè)流量(liàng)點(diǎn)的(de)k值并(bìng)确定(dìng)對(duì)應的不(bú)确定(dìng)度(dù),同時對(duì)标準(zhǔn)管段(duàn)的幾(jǐ)何尺寸進行檢定。進行現場核(hé)查,以jjf1033--2008<計(jì)量(liàng)标準(zhǔn)考核(hé)規範》規定(dìng)的傳遞比較法(fǎ)作爲判(pàn)定核查(chá)結果滿意(yì)與否(fǒu)的依(yī)據(jù)。
1.檢定要(yào)求
(1)标準管(guǎn)段的幾何(hé)尺寸(cùn)的檢(jiǎn)定
　　在标準管段(duàn)入口、出口(kǒu)和中(zhōng)間3個(gè)截(jié)面(miàn)進行(háng)内徑測量(liàng),任何一内徑與内徑(jìng)平均值之差應(yīng)小于(yú)内徑平均值的±0.4%，當(dāng)所(suǒ)有被(bèi)測内(nèi)徑和(hé)内徑平(píng)均值之差均(jun1)符合_上述要求(qiú)時,則(zé)認(rèn)爲(wèi)滿足(zú)要求。
(2)k值(zhí)确(què)定和補償系(xì)數(shù)的檢(jiǎn)定
　　當(dāng)标準管段(duàn)和測量介質确(què)定後,每個(gè)流量(liàng)點下檢定時,式(4)中的(de)l、d、θt1、t2即可(kě)視爲(wèi)常(cháng)數(shù),根(gēn)據要測(cè)量流量點g,的(de)大(dà)小,計算出k值并設入與外夾式超聲(shēng)波流(liú)量計(jì)配套的(de)流量積(jī)算儀。
　　設定後的(de)超聲波流(liú)量計(jì)應成套在水流(liú)量标(biāo)準裝置上進行(háng)标定。按以(yǐ)下公式(shì)計(jì)算出補償系數(shù)k.,取各點平均值(zhí)輸入與外(wài)夾式超聲(shēng)波流(liú)量(liàng)計配套(tào)的流量積算儀(yí):
 
式中(zhōng):qo-水(shuǐ)流量标(biāo)準裝置給(gěi)出的(de)實際(jì)流量。
　　根據(jù)相應(yīng)的(de)檢定規(guī)程對相應(yīng)的流(liú)量點進行(háng)檢定(dìng),并給出(chū)相(xiàng)應的精度。這裏僅對(duì)每個流(liú)量(liàng)點的重複性檢(jiǎn)定給(gěi)出特殊(shū)規定。每(měi)個流量(liàng)點應做(zuò)不少于6組(zǔ)試驗(yàn),每組(zǔ)檢定(dìng)次數(shù)不少于6次。每組(zǔ)試驗前均(jun1)應按(àn)要求将外(wài)夾式(shì)超聲波流量計(jì)重(zhòng)新安裝。試驗(yàn)結束(shù)後按式(6)計算重複性(xìng)e,:.
 
　　式中(zhōng):m一測量組(zǔ)數;n一(yī)每組包含的測(cè)量(liàng)次(cì)數;k*ij一第j組(zǔ)中第k次(cì)測量結果;`k*j一(yī)第j組(zǔ)測量(liàng)結果的(de)平(píng)均值。
計算結果(guǒ)應小(xiǎo)于精度的(de)1/2。
2.電磁(cí)流量計現(xiàn)場核(hé)查
　　根據檢測結(jié)果設(shè)定對應的(de)參數,利(lì)用現場(chǎng)标準管(guǎn)段對現(xiàn)場電磁流量計進行(háng)核(hé)查試驗(yàn)。試驗時應至少(shǎo)在使用的流量(liàng)範圍内(nèi)取(qǔ)3個流(liú)量點，每--個流量點的試驗結果按式(7)進(jìn)行比對(duì)。
 
　　式中:q1一電磁流量計示(shì)值;q一外(wài)夾式超聲(shēng)波流(liú)量計(jì)示值;u一外夾式超(chāo)聲(shēng)波流量計(jì)測量不确(què)定度;u1一電(diàn)磁流量計标稱測量(liàng)不确定度(dù)。
　　試驗結果如(rú)滿(mǎn)足式(7)的要(yào)求(qiú),即認爲結果滿(mǎn)意,電磁(cí)流量計可(kě)繼續(xù)使用。電磁流量計可在此(cǐ)保證條件(jiàn)下(xià)使用4年(nián),到期後(hòu)應和标(biāo)準管(guǎn)段(duàn)一并送(sòng)檢。
四、結束語
　　利(lì)用外夾式超聲(shēng)波流(liú)量計(jì)對電(diàn)磁流量計進行(háng)在線核查來驗(yàn)證在線電磁流(liú)量計的工作狀(zhuàng)況,一(yī)-定(dìng)程(chéng)度上(shàng)可以延長(zhǎng)電磁(cí)流量(liàng)計的檢(jiǎn)定(dìng)周期(qī),在有(yǒu)限試(shì)驗次數上證明(míng)是可行的,但該方法(fǎ)也存在一(yī)定的局限(xiàn)性,如(rú)外夾(jiá)式超聲波(bō)流量計發(fā)生換能器(qì)損(sǔn)壞，将會(huì)影響多個标準(zhǔn)管段(duàn)的使(shǐ)用風(fēng)險,需要進(jìn)一步研究。

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