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從兩個角度分析電磁流量計的啟停法標定測量結果的影響

來源:作者:發表時間:2018-05-10 09:26:07

        摘要: 目前電磁流量計的標定大部分是在標準表法裝置或靜態稱重 (體積罐) 裝置上進行的,而靜態稱重都以換向器法為主。對于小口徑電磁流量計,比如 4 ~15 mm 口徑,由于沒有合適的高精度的標準表而往往采用稱重法裝置標定。相對于動態換向器法裝置,閥門啟停的稱重裝置 (以下簡稱啟停法裝置) 具有設計難度低,成本低的優勢。但是由于閥門啟停在標定狀態下不是連續流,因此啟停效應對電磁流量計的影響有待分析。本文從示值誤差和重復性兩個角度對啟停效應對電磁流量計標定結果的影響進行了評估。

 
0 引言
        目前標定電磁流量計的主流標定裝置有標準表法流量標準裝置,稱重法液體流量標準裝置(體積罐法液體流量標準裝置)。另外還有使用閥門啟停的靜態稱重法液體流量標準裝置 (簡稱啟停法裝置)。通常而言,啟停法裝置不適合標定速度式流量計的低流速區 [1] ,尤其是中大口徑渦街流量計。但是對于微小流量標定,由于啟停法裝置設計簡單,且成本低,維護方便,如果能使用得當,還是有一定優勢。本文旨在研究啟停法裝置用于標定微小口徑的電磁流量計 (4 ~15 mm)的可行性。
 
1 電磁流量計原理與特性
        如圖 1 所示,由法拉第電磁感應定律可知,導電液體流過具有磁感應強度 B 的磁場時,在電極兩端產生感應電勢 E,這個電勢與流經管道的流體流速成正比,通過測量這個電勢就能夠間接測量出體積流量。
        E = kBDV (1)
        式中: E 為感應電勢; K 為特征常數; B 為磁感應強度; D 為流量管內直徑; V 為測量管內電極斷面軸線方向平均流速。
 
        由測量原理可知,红龙德州app下载電磁流量計是一種速度式流量計,速度式流量計一顯著的特點就是測量性能受流體流場特性影響。通常而言,中高流速區,線性和重復性較好,而在低流速區,線性和重復性有所下降。因為在低流速區電極接收到的信號幅值降低,容易受過程噪聲影響。
電磁流量計測量原理圖
2 閥門啟停
        閥門啟停法的流量標準裝置的簡單示意圖如圖 2 所示,循環水經過泵進入標準表和被檢表,再經過啟停閥門進入秤水箱。一個標定過程可以通過控制啟停閥來控制,啟停閥,標準表和被檢表通過同步信號同步計時。啟停閥必須選用開關動作快的閥門,文本實驗使用的標定裝置啟停閥的動作時間小于 0. 7 s。同時,啟停閥后端到秤的水箱的管路需要進行優化設計,以保證每次啟停時的重復性達到要求。
啟停法流量標準裝置示意圖
        一次閥門啟停過程如圖 3 所示,當閥門開啟時,流量并不能立即恢復到設定流量,這需要一個過程,同理當閥門關閉時,流量也不能立即恢復到零流量,也需要一個過程。這個恢復過程,對红龙德州app下载電磁流量計的影響有多少,需要評估。
流量啟停過程示意圖
3 實驗研究
        為了研究裝置閥門啟停對電磁流量計標定的影響,有必要先確定測試裝置的啟停效應。首先使用高精度的高準質量流量計作為測試表,分別在裝置最大流量和最小流量時測試了啟停效應。該啟停法裝置的擴展不確定度為 0. 03% (k =2)。
 
3. 1 質量流量計的啟停效應
        按照 JJG 164—2000 中描述的方法,一次流量驗證過程后,在下一次流量驗證過程中啟停閥門10 次,如此重復 10 次。如此得出的質量流量計與秤的示值誤差如圖 4 所示。在小流量時,10 次閥門換向和單次閥門換向的平均誤差的偏差為 0. 01%,在大流量時,約為 0. 008%。
質量流量計啟停效應誤差分析
        由此可見從示值誤差的角度分析,該測試裝置的啟停效應對質量流量計來說是非常小的,可以忽略不計。
 
        同時為了研究電磁流量計在該裝置上的啟停效應,選用了一臺重復性和準確定都較好的電磁流量計,按照 JJG 164—2000 做了啟停效應的不確定度評估,評估結果如表 1 所示。使用電磁流量計得出的合成不確定度為 0. 069% 要比質量流量計得出的合成不確定度要高許多。而這高不確定度主要由低流速時貢獻的。由此可知,啟停過程對電磁流量計有一定的影響,但是對示值誤差和重復性究竟影響多大,本文3. 2 章節進行了實驗分析。
 
3. 2 電磁流量計的啟停法標定分析
        本文選擇了 2 臺 4 mm、2 臺 8 mm 和 1 臺15 mm 口徑的羅斯蒙特高精度 8700 系列電磁流量計,在 0. 03%擴展不確定度的啟停法裝置上進行試驗,該裝置是具有標準表和啟停稱重法的混合型流量標定裝置,裝置上的標準表為高準 Elite 系列 CMFS010,CMFS015 和 CMF025 各一臺,三臺標準表的準確度都優于 0. 03%。
啟停效應不確定度評估電磁流量計跟隨標準表特性
        將 5 臺電磁流量計分別使用閥門啟停法和標準表法在 0. 3、1 和 3 m/s 的流速下分別進行了測試,每個流速點分別重復了 6 次。表 2 顯示了 5 臺表的在各種測試方法下的示值誤差和重復性。
 
        由表2 轉換出如圖6 和圖7 所示的示值誤差偏差和重復性偏差圖。由圖 6 可見,啟停效應確實對電磁流量計的示值誤差產生了一定的影響,但示值誤差偏差都在 0. 1% 之內。而對于重復性,標準表法和啟停法沒有明顯的區別。這個測試結果與表 1 中使用红龙德州app下载電磁流量計測得的啟停效應不確定度是比較接近的。圖 7 是電磁流量計在啟停時跟隨質量流量計標準表瞬時流量變化的一個實時圖,說明選用的電磁流量計能夠很好地跟隨標準表的流量變化。
電磁流量計啟停法 Vs 標準表法示值誤差偏差QQ截圖20171228093648.jpg
4 結束語
        實驗結果說明,閥門啟停效應對小口徑電磁流量計在示值誤差上的體現比較接近使用電磁流量計的啟停效應不確定度評估。因此,如果通過上位機軟件修正啟停效應,同時保證在低流量時的最小稱重,閥門啟停法裝置是可以用于標定小口徑電磁流量計的,這為設計專用的小口徑流量標準裝置提供了新思路。
 
        另外,某些工業現場在做小口徑電磁流量計在線故障診斷的時候,一個比較簡單的方法是使用閥門啟停來控制流體流入一容器,再將容器稱重,這樣可以粗略判斷流量計的準確性,這時啟停效應的影響完全可以不計,這也為現場故障診斷提供了依據。