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            淺談電磁流量計在線檢定的應用

            來源:www.electronixmart.com作者:發表時間:2018-05-16

             
                摘要: 為更好地將電磁流量計在線檢定方法運用于實際現場操作之中,根據《計量法》和《管道式電磁流量計在線校準要求》( 以下簡稱《要求》) ,對不同工況下的十幾臺大口徑電磁流量計進行現場檢測和校驗,所得數據與出廠標定的原始數據能夠很好地吻合。在對在線檢測過程中相關細節進行總結后,證實了電磁流量計的在線檢定是切實可行和有效的,能夠廣泛地運用于大口徑流量計的現場檢定。
                0 引言
                流量是給排水和水處理等相關行業常用的過程控制和計量的重要參數和生產指標,它直接關系到水處理的進程與質量。電磁流量計由于其結構簡單,傳感器內沒有可動部件,沒有節流裝置,不存在機械轉動和磨損,不會產生壓力損失,并因其精度高、線性好、運行穩定等優點,在給排水、污水處理、引水工程等項目中得到廣泛的應用,用以進行內部計量、過程控制和對外貿易結算。電磁流量計作為一種普遍的計量器具,按照《計量法》的規定,必須在一定的周期內對該器具進行檢定或校準。同時,使用方為保證流量計使用的可靠性,也對電磁流量計生產廠家提出了這個要求。
                然而,應用于水務行業中的電磁流量計口徑較大,安裝環境差等因素導致流量計很難甚至不允許拆卸之后送到標定裝置中進行復核。另外,由于此類流量計的現場工作條件與實驗室校驗設置條件存在偏異,因此,電磁流量計,尤其是大口徑的電磁流量在使用一個階段之后,測量也許會存在一定的不確定性偏差。在線大口徑流量計不停水的校準和檢定問題亟待解決。
             
                1 電磁流量計的在線檢定方法
                目前,普遍應用的電磁流量計在線檢定手段主要有標準表法和電參數法。電參數法是根據管道式電磁流量計的測量原理,對影響在線工作的管道式電磁流量計的相關參數進行檢定( 如勵磁線圈對地絕緣電阻、電極對地( 接液) 電阻、勵磁線圈電阻和流量計電
            纜線電阻) ,測量控制相關參數在一定允許的變化范圍內與出廠檢定的原始數據進行比較溯源,使其保持在出廠時的標準準確度以內,以滿足使用要求。標準表法是以標準表為標準器具,使流體在相同時間間隔內,同時連續通過標準表和被校表,比較兩者的輸出流
            量值的偏差,從而確定被校流量計與標準表所示的流量值的關系。
                對于以上兩種方法孰優孰劣,不能斷然判明,但根據上海貝菲自動化儀表有限公司應用以上兩種方法的在線檢定過程均能反映測量性能。
             
                2 電參數法
                眾所周知,電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律來測量導電液體體積流量的儀表。法拉第電磁感應公式如式( 1) 所示:
                E = K × B × V × D ( 1)
                式中: B 為流量計勵磁線圈感應磁場的強度; V為被測電液導體的流速; D為管徑; K為儀表系數。宏觀上把導電液體看成導體。
                由式(1) 可知管徑D與系數K都為固定參數。在一定流速下,只要保證參數B的穩定,那么感應電動E也隨之穩定,即在進行電參數法在線檢定時,若參數B保持在出廠校準時的允許范圍內時,就可證明該流量計目前所測流量的準確度仍與出廠時保持一致。
                影響電磁感應強度B的因素,就流量計本身而言,應檢驗勵磁線圈電阻( 扣除溫度變化引起的差值) 、勵磁線圈的絕緣以及勵磁電流的幅值。另外,我們需檢查電極信號電路絕緣性能是否良好,證明原本微弱的流量信號有沒有額外大的損失; 測量電極的接液電阻,評估電極表面是否被過度氧化、腐蝕、結垢或損傷而影響正常測量; 檢查接地電阻等情況并排除雜亂信號的干擾。同時,使用高精度的模擬信號器檢測轉換器的工作狀況。
                上海貝菲自動化儀表有限公司于2009 年8月與昆山市某自來水廠簽定供貨合同,其中大口徑表包括DN2000mm 流量計3 臺、DN 1000 mm 流量計4 臺。按標書要求,出廠數據必須確保當流速為0.3 m/s 時達到±0.25%示值誤差。在協助昆該自來水廠進行調試,流量計正常運行投入生產之后,于2010 年8 月份,根據《管道式電磁流量計在線校準要求》[1]對每臺表的原始數據一一記錄,一年之后,我們再次來到現場進行在線檢定。
             
                2.1 電參數法的檢定過程在檢定過程中,首先,觀察轉換器內的各項參數設置是否有被改動過,要求轉換器的各項參數設置與電磁流量計出廠銘牌上的一致; 然后觀察兩根電纜( 勵磁電纜、信號電纜) 是否有損傷,是否保持原樣。《管道式電磁流量計在線校準要求》指出需保證被測液體電導率符合流速在0.3 ~ 10 m/s 的流動狀態下,被測管道中應保持滿管,無氣泡聚集。
                在對該自來水廠進行檢定觀察時,全部的流量計都在穩定有序地運行,無數據波動等狀況出現。因此,可以判定以上條件均符合,并在此基礎上對流量計的一系列參數作了檢測。
                由于在第二次來到自來水廠時,該流量計處于運行狀態,因此,為不妨礙水廠的正常工作,我們對每個數據點只進行了兩次數據測量。
                2.1.1 轉換器的校準
                ① 瞬時流量的示值誤差及重復性檢定
                先關閉轉換器的供電電源,并將轉換器連接傳感器的電纜拆卸下來,使用自主開發的模擬信號發生器(精度為±0.1%) ,為轉換器提供模擬信號,代替實際使用過程中電磁流量計傳感器提供的流量信號。然后通電預熱片刻之后,分別選定高、中、低3 個流速點,且采用上行程和下行程的方式對每個點都測試3 遍,對轉換器的示值做出記錄,并將所記錄的值按照要求所記錄的公式進行處理,**后根據計算得到示值誤差和重復性。
                ② 轉換器零點檢查與校準
                將電磁流量計模擬信號發生器的開關撥到“0”位置,用模擬信號發生器的零位進行調零,直到轉換器瞬時流量顯示為“0. 000 m3 /h”。
                ③ 電磁流量計零點漂移的檢查
                斷開轉換器與傳感器之間勵磁線圈的連接電纜(三暢產品的勵磁線圈連接電纜編號為“7、8”電纜線) ,保持信號線“1、2、3”的聯通,經過十幾分鐘左右的預熱( 當然,在這預熱過程中可對其他表進行其他項目的檢查) ,恢復轉換器的各項參數設置,每5 min記錄一次轉換器讀數情況,持續3 次并記錄轉換器每次的顯示值。取很好值**大的值與電磁流量計量程相比較,得到零點漂移值。
                ④ 轉換器輸出頻率及輸出電流校準
                以電磁流量計模擬信號發生器為校準信號源,采集3 個流速測量點的頻率計電流輸出信號,按照公式計算兩者的示值誤差。相關公式請參閱文獻。
                應該注意的是,轉換器輸出頻率、電流的**大允許示值誤差應不超過出廠準確度的要求。
                2.1.2 傳感器的校準
                ① 勵磁線圈電阻的測量
                以數字萬用表為測量工具,兩個表筆分別搭在勵磁線圈的兩個端子上,測量勵磁線圈的電阻值,將測量結果與以往的記錄值進行比對。
                ② 勵磁線圈對地絕緣電阻的測量
                以500 V 兆歐表為測量工具,將兆歐表的兩端分別夾在勵磁線圈一端和接地線上,操作兆歐表待顯示穩定后讀數,要求絕緣電阻大于100 MΩ。
                ③ 傳感器接地電阻的測量
                用數字式萬用表測量信號屏蔽線和接地線之間的電阻,要求對地電阻小于10 Ω。
                ④ 電極對地( 接液) 電阻值的測量
                以指針式萬用表為測量工具( 測量時會出現短暫的充放電現象) ,讀取指針偏轉**大值時的值作為記錄值。電極的接地電阻值不能有較大的偏差率,否則視為不可控。
                應注意的是,測量應該以很好次測量的**大值為準,若要再次測量,應消除電極上可能出現的極化現象,避免造成對測量準確性的影響; 同時,要求測量偏差率≤20%。
               電磁流量計出廠時以及經過一年的使用之后,再次對同一臺電磁流量計進行在線檢定,數據記錄及處理結果如表1、表2 所示。其中,原始在線檢定數據的環境溫度為29 ℃、相對濕度為70% RH,**大示值誤差為0.25%; 運行一年后檢定數據的環境溫度為30 ℃、相對濕度為70%RH。經第三方檢測的原始數據如表3 所示。
             
            原始及運行一年后的電參數數據
             
            運行一年后的電參數數據(轉換器部分)
             
                電磁流量計電參數在線檢定法主要用來對直接影響電磁流量計測量準確度的勵磁線圈的相關參數進行測量。
                通過兩次數據的對比,可以很直觀地了解到這一臺電磁流量計的各項電參數在經過一年的現場使用之后仍然能夠與原始數據很好地溯源。
             
            2010 年 8 月第三方檢定數據
             
                2.2 標準表法的檢定過程
                標準表法是在管道上再安裝一個標準表,同步記錄兩臺流量計的輸出流量。在標準表的選擇方面,目前國內外大部分企業機構都是選用便攜式超聲波流量計作為標準表進行在線檢定。
                以長春某熱力公司中一臺DN 1200mm 流量計為例,對運用便攜式超聲波流量計進行現場鑒定的過程做一簡單的陳述。該熱力公司于每年10月初開始對供暖設施進行加壓試運行,檢查設備是否正常可靠。目前,我們公司有上百臺大口徑的流量計在該企業的熱力供給線上運行,在2010年10月份試運行過程中,發現其中一臺DN 1200mm的大口徑流量計出現數據波動,提議需對該表運行的準確度進行檢測。使用兩臺精度為±0.5%、重復性為±0.15%的便攜式超聲波流量計對該流量計進行現場檢查。DN 1200mm的大口徑流量計第三方檢定數據如表4 所示。由表4 可以看出,**大示值誤差為0.18%,**大重復性為0.06%。
             
            2009 年 11 月第三方檢定數據
             
                操作人員到達現場后,首先對電磁流量計的數據進行采集記錄,發現流量計的顯示數據確實存在波動。隨后,根據現場情況及超聲波流量計的安裝要求,對管道外壁的污垢進行擦除,以保證超聲波流量計的可靠應用,并根據現場工作人員對管道內壁的襯里描述,采用“V”形安裝方法對參數進行一一設置。
                值得說明的是,由于超聲波流量計對使用環境和安裝的要求較高,且在較寬的流速范圍之下,較難保證超聲波流量計在全流速范圍內一直保持一個較高的精度。為此,分別選用高、低流速的兩臺超聲波流量計,分別對管道內流體的高低流速進行測量,這在一定程度上可以實現測量結果的準確性。
                經分段檢定,超聲波流量計數據記錄如表5所示。對比發現,超聲波流量計數據顯示及波動情況與電磁流量計所反映的情況一致。在線檢定后,發現流量計顯示的波動幅度越來越小。對此,我們判斷是因為管道在年內首次通水及水溫差異等原因,使得管道內存在大量氣泡,造成數據波動。經建議,長春熱電在電磁流量計的前直管段上安裝了排氣閥,電磁流量計隨即正常工作。
            現場數據記錄表
             
                3 檢定注意事項
                在檢定超聲波流量計時,應注意以下事項。
                ① 安裝位置
                超聲波流量計安裝位置的選擇需要操作員仔細了解工況情況,包括被檢管線的材質、管外徑、管壁厚度、管內襯里的材質及厚度,管內介質等相關量的具體信息并核實,確保測量的準確度。標準表的安裝需遠離上下游的擾動源,避免有害的漩渦等情況,但是在現場實際情況中達不到安裝要求的情況是很普遍的。這就需要現場操作人員有相當高的實際操作經驗,選擇正確的地點和方式進行安裝,避免較大誤差的出現。
                ②“V”形安裝法
                在直管段等情況允許的情況下,應該首選“V”形法安裝。因為使用“V”形安裝法,超聲波流量計的兩個換能器在管道的同一側,容易實現兩個換能器安裝在管道的中心線上; 而且同一側的管壁,外部條件幾乎一致,對因參數設置引起的誤差可以將量減小到**低。“V”形安裝法示意圖如圖1(a) 所示。而使用“Z”形安裝法雖然聲程縮短近一半,但兩側相對的安裝方法使得換能器不易在同一個管徑平面上,導致超聲波接收到的信號質量下降,這會無法避免地帶來相當大的測量誤差。“Z”形安裝法示意圖如圖1(b) 所示。
                ③ 同時,我們認為用于標準表法比對的便攜式超聲波流量計對重復性要求是很好位的。
             
            便攜式超聲波流量計安裝示意圖
             
                4 結束語
                流量計在線檢定方法是切實可行的,雖然在線檢定方法與實驗室水流量標定裝置上校準存在一定程度上的差異,但是也在一定程度上緩解及解決了一些大口徑流量計不能拆卸進行標定的難題。為了進一步優化管道式電磁流量計在線檢定方法,我們需要不斷總結在線檢定的經驗或者開發在線檢定的專用儀器,這樣,電磁流量計的在線檢定方法會愈加的完善。
             
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