電磁流量計在線校準方法探討

孟小波 高 超

（山東省濱州市檢驗檢測中心，山東 濱州 256600）

1 前言

電磁流量計（簡稱EMF）是利用法拉第電磁感應定律制成的一種丈量導電液體體積流量的儀表。20 世紀50 年代初電磁流量計（EMF）實現了產業化應用，70 年代后期泛起鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替換早期應用的工頻交流激磁方式。

目前，大口徑電磁流量計較多應用于給排水工程，中小口徑常用于固液雙相等難測流體或高要求場所，小口徑、微小口徑電磁流量計則常用于醫藥產業等有衛生要求的場所。

流量計均可廣泛應用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫藥、給排水、食品飲料、制糖、釀造等工業技術部門，特別是在環保領域。目前，電磁流量計已成為環保部門定量管理企業污水排放的有效工具。

電磁流量計在線校準系統由速度式流量計和流量采集系統組成，其原理是通過流量計測量滿管流的水流量，從而獲得通過管道內流的水量累積值。

1.1 工作原理

電磁流量計是利用電極與流體構成一個回路來測量回路中產生的電參數。在封閉管道中，法拉第電磁感應定律推算出體積流量。體積流量又分為瞬時體積流量和累計體積流量，它與磁感應強度、導電液體平均流速成一定的比例關系。

1.2 結構

電磁流量計的結構主要由磁路系統、測量導管、電極、外殼、襯里和轉換器等部分組成。在有多個顯示、記錄方式的測量系統中，只能有一種顯示、記錄方式作為計量、控制等主要目的使用，其余顯示、記錄應作為監視等非主要用途使用。

2 計量特性

2.1 在線示值誤差

流量計在校準條件下的最大允許在線示值誤差分為±0.5%、±1.0%、±1.5%、±2.5%。

2.2 重復性

流量計重復性應≤1/3MPEV（注：該計量技術指標不作為合格判定依據）。

3 校準條件

3.1 環境條件

（1）工作環境條件：環境溫度：（5～35）℃；相對濕度：16%～86%；大氣壓力：（85～105）kPa。（2）介質必須為單相穩定流體且應滿管，且流速應不小于 0.3m/s。（3）電源滿足現場工況要 求。（4）場地滿足安全操作要求。（5）外界磁場應小到對流量計和標準表的影響可忽略不計。（6）機械振動環境和噪聲應小到對流量計和標準表的影響可忽略不計。

3.2 被校流量計安裝現場條件

被校流量計安裝現場條件應符合說明書要求。

3.3 標準表安裝現場條件

（1）檢查測試現場直管段是否能滿足標準表前后直管段安裝長度要求。（2）測試管路與被校流量計間流量 不存在分流。（3）檢查管材是否包含影響超聲波正常傳播的因素。（4）標準表測量的管道內 徑，管道材質，管道壁厚，襯里材質和厚度，以及測量介質類型，介質溫度等都應該在標準表說明書規定的范圍之內。（5）測量標準及其他設備見表 1。

表1 測量標準及其他設備

主標準器為標準表，一般采用外夾式超聲流量計或插入式超聲流量計。標準表應有有效的檢定或校準證書，其安裝、使用應符合相應檢定規程、技術規范或使用說明書的要求。配套設備包含測厚儀、鋼卷尺、秒表。配套設備的計量性能不降低標準表的計量性能，配套設備應具有有效的計量檢定或者校準證書。

4 校準項目和校準方法

4.1 校準項目

流量計在線示值誤差（流量系數）及重復性。

4.2 校準方法

1.被校流量計安裝現場條件檢查——被校流量計安 裝現場應符合規范的要求。

2.標準表安裝現場條件檢查——在線安裝地點按上述3.3 的要求選取現場安裝標準表的合適地點。主標準器的換能器一般安裝在電磁流量計上游直管側或下游直管側，具體安裝條件可根據標準器的使用說明書進行調整。保證主標準器安裝位置前后直管段長度要求，并避開可能產生不 滿管、彎頭、閥門或外部管徑銹蝕嚴重的位置，工作原理如圖 1 所示。

圖1 工作原理圖

3.根據選取的標準表類型按其他參數的確定的方法正確安裝設置標準表參數，必要時帶壓打孔安裝。

4.管徑測量——用儀器在換能器安裝位置附近的同一截面上大致等角分布測量n 次外徑，或測量n 次外周長推算出外徑，其平均值D 按式（1）計算。

式中：

n——測量次數，n ≥4。

Di——第i 點測得的管道外徑或推算出的外徑。

5.壁厚測量——清理換能器安裝位置的管壁，露出管道金屬材質并打磨光滑，用測厚儀取5 個點測量管道壁厚，并取其平均值作為壁厚。

6.其他參數的確定——如管道材質、襯里材料等，由被檢單位現場提供并確認。

7.標準表的安裝——換能器安裝方式通常有Z 法、V 法。一般為安裝方便采用V 法進行測量，當管徑較大或者管道內雜質較多導致信號較弱時，可采用 Z 法測量。輸入管道參數得出安裝距離L。根據安裝距離進行安裝。

8.正確設置標準表參數，保證流量計正常工作。

9.校準流量點的選擇及校準次數——對流量計的零點進行檢查無偏差后，根據實際確定校驗流量點，一般選取現場可調流量點的上、下限進行校準，每個校準點校準次數一般大于等于三次。現場無法調節流量的，可在一天不同時段進行流量點的校準。

可采用累計流量或瞬時流量兩種方法進行校準。一般流量波動范圍在3%內時測量其瞬時流量，流量波動范圍超出3%時采測量其累計流量。

采用瞬時量時，則至少分別讀取 20 個數值，取其平均值。

采用累計流量校準時，應同步采集被校設備與標準設備的起始、終止值。

5 校準結果

校準結果應給出在線示值誤差（流量系數）、重復性、校準結果的擴展不確定度。

1.在線示值誤差——流量計單次校準的相對示值誤差為：

式中：

Eij——第i 校準點第j 次校準時被校流量計的相對示值誤差，%。

Qij——第i 校準點第j 次校準時被校流量計的累積流量值，m3。

(Qs)ij——第i 校準點第j 次校準時標準器換算成流量計狀態時的累積流量，m3。

qij——第i 校準點第j 次校準時被校流量計的瞬時流量值，可為一次校準過程中多次讀取的瞬時流量值的平均，m3/h。

(qs)ij——第i 檢定點第j 次校準時標準器換算到流量計狀態的瞬時流量值，m3/h。

流量計第i 校準點示值誤差按式（3）計算：

式中：

Eij——流量計在線示值誤差。

n——校準次數。

流量計的在線示值誤差E 為流量計各校準點的示值誤差中絕對值最大的誤差值。

2.流量系數——當被檢表為脈沖輸出時，流量系數K 通過下式計算：

式中：

Kij——第i 校準點第j 次校準時被校流量計的流量系數，(m3)-1。

Nij——第i 校準點第j 次校準時被校流量計所輸出的脈沖數；流量計第i 校準點流量系數按式（5）計算：

流量計的流量系數K 可通過式（6）計算：

式中：

(Ki)max，(Ki)min——分別為在測量范圍內各校準點流量系數的最大值和最小值。脈沖輸出的流量計的相對示值誤差：

3.重復性——當每個流量點重復校準n 次時，該流量點的重復性按下式評定：

式中：

(Er)i——第i 個測量點重復性%。

流量計的重復性：

式中：

Er——流量計的重復性。

[(Er)i]max——取各校準點重復性的最大值。

4.流量計特征系數修正——流量計經校準后，如超過流量計最大允許誤差，可根據說明書將流量計進行特征系數的修正，修正完成后流量計重新進行校準。

6 校準結果表達

流量計校準完成后，根據校準記錄，出具校準證書，并給出校準結果的不確定度。

7 復校時間間隔

由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質量等因素所決定，因此，申請校準單位可根據實際使用情況自主決定復校時間間隔，建議不超過1 年。更換重要部件、維修、重新安裝或對儀器性能有懷疑時，應隨時校準。