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            電磁流量計不同信號輸出差異淺析

            來源:作者:發表時間:2020-09-07 16:57:57

             摘 要: 電磁流量計測得的流量值可通過不同形式模擬信號輸出,按照 JJG 1033 - 2007《電磁流量計》檢定規程、JB /T 9248 - 2015《電磁流量計》機械行業標準對輸出信號的相關要求,選取某同一電磁流量計的不同輸出信號分別進行檢測,并對檢測結果進行研究分析,以期對電磁流量計用戶實際使用及檢測人員的檢測時不同輸出信號的選取提供參考。

             
            0 引言
            目前多數電磁流量計都設計有輸出的電信號。常用的電信號輸出又分為脈沖( 頻率) 輸出和( 4 ~ 20) mA 電流輸出。這兩種電信號輸出已作為儀表行業的基本規定和要求。方便行業的自動化生產,特別是在新建或是替換配件的過程中,以便接入控制系統,從而實現生產利益**大化。
             
            電磁流量計的傳感器在測量導電液體流動時產生感應電動勢信號,轉換器將感應電動勢信號轉換成與流量計流量值成正比的模擬信號,并輸出到采集端。按照 JB /T 9248 - 2015《電磁流量計》機械行業標準對電磁流量計對模擬輸出信號的要求,流量計可采用直流電流輸出信號、頻率輸出信號、脈沖輸出信號。這些信號應該均能準確反映電磁流量計的實際測量值。但筆者通過長期檢測工作發現,對于具有多種信號輸出的流量計,不同的輸出信號,得出的檢測結果卻不盡相同,這對電磁流量計計量性能的判別帶來爭議風險。[2]
             
            本文按照 JJG 1033 - 2007《電磁流量計》檢定規程中對輸出信號選取的相關要求,選取某電磁流量計進行不同輸出信號下的示值誤差試驗,并對測量結果進行研究、分析,以期對電磁流量計使用及檢測時輸出信號的優選給出一點參考。 
             
            1 電流、脈沖測量方法差異性試驗方法
            1. 1 試驗方法
            本次試驗采用靜態容量法水流量標準裝置,本次選用的儀表口徑為 DN100,編號為 10019251 的電磁流量計。選取的該流量計很有代表性,該流量計為某客戶固定每年送檢的流量計,通過對歷年檢測記錄的對比發現計量性能較為穩定。本次實驗對該流量計電流信號及脈沖信號進行對比分析。在符合規定的環境條件下,按 JJG 1033 - 2007《電磁流量計檢定規程》,將電磁流量計安裝在水流量標準裝置上,使其與標準裝置的管道同心保持一致,檢測前保證電磁流量計接地良好,和接線端子連接無誤。以水為介質,通水測試,確認被檢流量計和管線均無泄露后,調整被檢流量計零點,檢査流量計的密封性。把流量調到**大的流量值,等待流量、溫度和壓力穩定后,在相同時間內同時讀取被檢這一臺流量計和標準容器信號并記錄,分別測量 140m3 /h、70m3 /h、 14m3 /h 三個流量點,每個點各校準 3 次,取檢測結果平均值。
             
            1. 2 脈沖信號檢測測量模型
            20200907165836.jpg
            式中: Nij———第 i 檢定點第 j 次檢定被檢流量計所輸出的脈沖數; k———流量計 k 系數,單位體積的流體流過流量計時流量計發出的脈沖數,應由流量計說明書或銘牌中獲得; 若制造廠有其他規定,應按流量計說明書規定計算。 
             
            1. 3 電流信號檢測測量模型
            20200907165841.jpg
            式中: Iij———第 i 檢定點第 j 次檢定時流量計輸出信號的瞬時值,可為一次試驗過程中多次測得的平均值; Imax———流量計輸出信號范圍的上限值,該值應從流量計說明書或銘牌中獲得; Imin———流量計輸出信號范圍的下限值,該值應從流量計說明書或銘牌中獲得; q'max———流量計在 Imax輸出時對應的流量,m3 /h。
             
            2 電流、脈沖的檢測值試驗結果( 見表 1、表 2)
             

            一只規格為 DN100 的電磁流量計電流信號輸出方式的檢測數據同一只規格為 DN100 的電磁流量計脈沖信號輸出方式的檢測數據

             
             
            3、電流、脈沖的檢測值試驗結果分析
            由表 3 得出,在 140m3 /h、70m3 /h、14m3 /h 三個流量點下脈沖( 頻率) 輸出和( 4 ~ 20) mA 電流輸出方式不同對流量計的所體現的誤差也不一樣。可以看到此次試驗電流信號輸出要比脈沖輸出誤差要偏大 0. 3% 以上。
            脈沖( 頻率) 輸出和( 4 ~ 20) mA 電流輸出示值誤差差值
             
            從表 4 得出,此次試驗( 4 ~ 20) mA 電流輸出重復性大于脈沖( 頻率) 輸出重復性,重復性普遍偏大0. 10% 以上。
            脈沖( 頻率) 輸出和( 4 ~ 20) mA 電流輸出重復性差值
            在選擇使用( 4 ~ 20) mA 電流輸出時,根據( 4 ~ 20) mA 電流輸出計算模型20200907170044.jpg,可以得出Iij值是非常重要的,即為第 i 檢定點第 j 次檢定時流量計輸出信號的瞬時值,即( 4 ~ 20) mA 電流輸出采集的是瞬時流量對應的電流值。瞬時流量受采集的時間長短、頻次、流量是否穩定都會導致誤差和重復性的偏大。由表 1 可知其重復性偏大。
             
            在選擇使用在脈沖( 頻率) 輸出時,根據脈沖( 頻率) 輸出計算模型,可以得出Nij 非常重要,即第 i 檢定點第 j 次檢定被檢流量計所輸出的脈沖數,即脈沖( 頻率) 輸出的脈沖數時是檢定時間內的脈沖數總量。由表 2 可知其重復性偏小。而脈沖( 頻率) 輸出相對比較穩定。除此之外,在實驗過程中,發現二者的測量區間的鑒別閾也不相同。
             
            當滿量程為140m3 /h 時測得的電流值為 20mA,帶 入( 4 ~20) mA 電流輸出計算模型:20200907170105.jpg
             
            由此可以知道在檢測滿量程時,已經達到測量區間上限,無法作為被測量值檢測。而在 JJG 164 - 2000 液體流量標準裝置中對流量穩定也有測量,用累積法檢定基本在 0. 2% 左右,因此只能下調流量到 137m3 /h 作為被測量值檢測。
             
            根據脈沖( 頻率) 輸出計算模型:
             
            由此計算模型可知,流量不受上限限制,測量區間的鑒別閾造成的影響可以忽略不計。
             
            由以上可知,當信號采集方法不同、測量區間的鑒別閾不同等原因導致使用或檢測時電流與脈沖兩種信號輸出方式出現不同的差異性。 
             
            4 使用或檢測電磁流量計時,輸出信號選用的思考及建議
             
            從以上試驗可以得出電磁流量計的( 4 ~20) mA 電流輸出的重復性要大于脈沖( 頻率) 輸出,其原因受信號采集的時間長短( 阻尼時間) 、頻次、流量是否穩定等因素影響; 此外( 4 ~ 20) mA 電流輸出受測量區間上限的限制,[4]而脈沖( 頻率) 輸出在使用或測量時不受此影響。如何讓企業使用電磁流量計達到**優效果并保持量值傳遞的準確? 筆者認為企業在選擇使用電磁流量計信號時應盡量選擇脈沖( 頻率)輸出方式,如果工藝和現場情況不允許,則在送檢時應主動告知檢測方使用何種信號進行檢測。 
             
            5 結束語
                  電磁流量計制造技術日益成熟,其優異的測量能力,穩定的計量性能等諸多優勢,使電磁流量計在越來越多的場合發揮極其重要的作用。用戶使用時也應盡量使電磁流量計發揮其**大的效能。企業在使用電磁流量計時應優先選擇脈沖輸出方式,檢測機構也要以客戶實際情況為主,根據其輸出信號方式的不同,而采取不同的信號檢測方式,盡量使檢測狀態貼近使用狀態,使測試結果有更高的代表意義。對相關使用企業節約大量的檢測成本,對相關使用企業質量管理的可靠性有了大幅提升,對檢測人員的檢測時不同輸出信號的選取提供參考。
            东京28