隨著政府及社會(huì)對(duì)于水資源重視程度的提高,供水企業(yè)本身對(duì)于供水環(huán)節(jié)經(jīng)濟(jì)核算的要求,使得大口徑的流量計(jì)需求日益增加。與此同時(shí),污水處理量的增長(zhǎng)也使得許多污水處理廠紛紛選擇使用大口徑流量計(jì)作為計(jì)量端口。電磁流量計(jì)因其無(wú)壓力損失且不受管道內(nèi)流體密度、黏度、溫度等因素的影響,成為污水處理企業(yè)的選擇。
大口徑電磁流量計(jì)的在線使用數(shù)量十分龐大準(zhǔn)確度等級(jí)一般為0.5級(jí)或1.0級(jí)。對(duì)于電磁流量計(jì),國(guó)家有《JJG1033--2007電磁流量計(jì)》檢定規(guī)程,規(guī)程規(guī)定需將被檢電磁流量計(jì)安裝在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行檢定。這就要求使用企業(yè)先停止處理污水,然后將流量計(jì)從管道上拆卸下來(lái),送到法定計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定。這在實(shí)際狀況下是很困難的,時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上都不允許。因此,大部分企業(yè)只能選擇在線校準(zhǔn)模式對(duì)流量計(jì)進(jìn)行誤差驗(yàn)證。
由于現(xiàn)場(chǎng)管道的封閉性,使用嵌入式或插入式的標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)是不可行的,而外夾式的液體超聲波流量計(jì)精度往往劣于被校電磁流量計(jì)。綜合以上因素,目前國(guó)內(nèi)對(duì)大口徑電磁流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)通常采用相同準(zhǔn)確度等級(jí)的外夾式超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行比較,即讓超聲波流量計(jì)與被校準(zhǔn)電磁流量計(jì)串聯(lián)在現(xiàn)場(chǎng)管道中,同步讀取兩者的示值。
檢測(cè)人員在出具校準(zhǔn)證書(shū)時(shí)給出兩種流量計(jì)的示值并評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一個(gè)普遍性的問(wèn)題:校準(zhǔn)的示值誤差經(jīng)常大大超過(guò)被校流量計(jì)的zui大允許誤差,且不確定度分析不夠全面。原因在于一方面標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度等級(jí)與被校流量計(jì)平級(jí),示值誤差期望本身就比較大;另一方面,流量計(jì)本身之外的因素對(duì)測(cè)量結(jié)果也有比較大的影響,如環(huán)境條件、介質(zhì)、安裝位置等。
很多用戶購(gòu)買(mǎi)流量計(jì)后,把流量計(jì)的精度誤認(rèn)為整個(gè)流量體系的精度。校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)偏離就讓許多用戶產(chǎn)生疑問(wèn)甚至糾紛,這就導(dǎo)致了校準(zhǔn)數(shù)據(jù)常常讓使用方無(wú)法判斷示值誤差是否準(zhǔn)確,也無(wú)法精確修正誤差,更不能實(shí)現(xiàn)溯源性,校準(zhǔn)就失去了意義。
國(guó)家目前沒(méi)有電磁流量計(jì)的校準(zhǔn)規(guī)范,所以檢測(cè)人員在校準(zhǔn)電磁流量計(jì)時(shí)往往參照電磁流量計(jì)檢定規(guī)程。問(wèn)題在于,檢定電磁流量計(jì)時(shí)是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行,然而現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)的管道、安裝距離等條件并非如實(shí)驗(yàn)室里那樣理想,按照檢定規(guī)程的方法校準(zhǔn)電磁流量計(jì),得到的測(cè)量結(jié)果是否有效所以檢測(cè)人員往往只能給出現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的校準(zhǔn)結(jié)果,而無(wú)法對(duì)校準(zhǔn)的符合性進(jìn)行判斷。
1.電磁流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)符合性研究的必要性
根據(jù)《JJF1094-2002測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定》要求,對(duì)測(cè)量?jī)x器特性進(jìn)行符合性評(píng)定時(shí),若評(píng)定示值誤差的不確定度U95與被校測(cè)量?jī)x器zui大允許誤差的**值MPEV滿足關(guān)系U95≤MPEV時(shí),可不考慮示值誤差評(píng)定的測(cè)量不確定度的影響,是否合格的判定依據(jù)如表1所示。
假設(shè)被校電磁流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí),MPEV為1%。使用同精度的標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)器帶來(lái)的不確定度為1%/√3,即在理想狀態(tài)下U95也不可能滿足U95≤1/3MPEV。而當(dāng)U95>MPEV時(shí),判定合格的依據(jù)如表2所示。
MPEV參照說(shuō)明書(shū)或出廠檢定,是已知的值,而示值誤差一旦校準(zhǔn)完成也可以確定,因此U95的評(píng)估至關(guān)重要。目前而言,校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)估往往僅考慮實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,只對(duì)測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)器示值誤差帶來(lái)的不確定度進(jìn)行評(píng)定,忽略了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下電磁流量計(jì)安裝在較差狀態(tài)的管道或現(xiàn)場(chǎng)安裝條件達(dá)不到要求時(shí),其它各種因素帶來(lái)的不確定度影響。
對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果如何進(jìn)行評(píng)估?是一直困擾著檢測(cè)技術(shù)人員的難題。這里提出研究其符合性,可以判斷測(cè)量結(jié)果是否在可控范圍內(nèi),校準(zhǔn)是否有效。進(jìn)行符合性評(píng)定的同時(shí),能幫助用戶理解校準(zhǔn)結(jié)果、消除疑慮,亦可有效分析出問(wèn)題所在,使得使用方更容易對(duì)癥下藥進(jìn)行整改。
2.1電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)原理,根據(jù)導(dǎo)電流體通過(guò)外加磁場(chǎng)時(shí)感生的電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量導(dǎo)電流體流量的一種儀器。體積流量q,與產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)成正比,檢測(cè)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)即可求出對(duì)應(yīng)流量值。
2.2超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)一般使用外夾式時(shí)差法超聲波流量計(jì)。在規(guī)定位置安裝兩個(gè)超聲波換能器相互發(fā)射超聲波信號(hào),使聲波在流體中傳播順流方向聲波傳播速度會(huì)增大,逆流方向則減小。同一傳播距離就有不同的傳播時(shí)間,利用傳播速度之差與被測(cè)流體流速之關(guān)系求取流速,再根據(jù)流體截面積計(jì)算出體積流量。
3.符合性評(píng)定來(lái)源和影響因素
雖然標(biāo)準(zhǔn)器與被檢儀表在同一個(gè)管道中,介質(zhì)的物理性質(zhì)、環(huán)境條件和安裝位置基本相同,但同樣的因素對(duì)不同種類的流量計(jì)影響卻不一樣。這就決定了兩個(gè)準(zhǔn)確度相近的流量計(jì)在相同條件下測(cè)量結(jié)果可能相差很大,這些會(huì)導(dǎo)致校準(zhǔn)結(jié)果偏移的因素就是符合性評(píng)定的來(lái)源。
3.1必須符合的因素
1.1是否滿管的影響
電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)都屬于速度式流量計(jì),測(cè)量得到的是管道內(nèi)的平均流速,再根據(jù)管道截面積計(jì)算出流量值。然而當(dāng)管道內(nèi)流體不是滿管狀態(tài)時(shí),實(shí)際流體截面積小于滿管時(shí)的流體截面積,測(cè)量的結(jié)果就會(huì)偏離很大。所以測(cè)量前一定要確認(rèn)流體是否處于滿管流動(dòng)狀態(tài),對(duì)于非滿管的管道,無(wú)法進(jìn)行有效的校準(zhǔn)測(cè)量。
3.1.2安裝位置的影響
在流量計(jì)安裝位置的下游應(yīng)有一定的背壓,才能確保流體充滿管道。一般的安裝位置有四種:高位水平安裝、低位水平安裝、垂直向下安裝和垂直向上安裝。如圖1所示,其中高位水平安裝和垂直向下安裝極容易導(dǎo)致流體非滿管的情況,只允許垂直向上安裝和低位水平安裝。
3.2需要附加進(jìn)行評(píng)定的因素
3.2.1前后直管段的影響
流量計(jì)保證儀表安裝前后有一定長(zhǎng)度的直管段,以確保流體到達(dá)被檢儀表時(shí)管道截面流速軸對(duì)稱分布。對(duì)于電磁流量計(jì),當(dāng)流體流速分布不均勻時(shí),每個(gè)流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于電極幾何位置的不同,對(duì)電極所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小也不同,測(cè)量結(jié)果就會(huì)有偏差。
超聲波流量計(jì)對(duì)直管段要求相比于電磁流量計(jì)更加苛刻,當(dāng)流體不穩(wěn)定時(shí),對(duì)聲波傳播速度和方向影響很大。在前后直管段相同的情況下,兩種流量計(jì)的測(cè)量誤差也不一樣。
3.2.2介質(zhì)的影響
當(dāng)介質(zhì)為含有雜質(zhì)的污水時(shí),會(huì)有化學(xué)、生物、物理污染物的影響。對(duì)于電磁流量計(jì),一些沉淀物會(huì)附著在電磁流量計(jì)電極表面,常常引起零點(diǎn)變動(dòng),故必須確認(rèn)是否周期性清理,未定期清理的電磁流量計(jì)會(huì)帶有附加誤差。
污水流動(dòng)過(guò)程中比凈水更容易產(chǎn)生氣泡,污水中的固體顆粒、生物因子、氣泡會(huì)嚴(yán)重阻礙超聲波的傳播和信號(hào)接收,對(duì)超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度影響是非常嚴(yán)重的。
3.2.3漸擴(kuò)管和漸縮管的影響
當(dāng)管道設(shè)計(jì)與電磁流量計(jì)口徑選型不符時(shí),常常使用漸變管進(jìn)行變徑。根據(jù)試驗(yàn)研究,角度小于15°、直管段距離大于5D(D為管道直徑)的漸擴(kuò)管和漸縮管對(duì)流體狀態(tài)幾乎沒(méi)有影響;而角度大于15°或直管段距離小于5D時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮漸擴(kuò)管和漸縮管對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
3.2.4管道狀態(tài)的影響
管道的缺陷一般包括:管道外部起銹或附著污泥,導(dǎo)致外徑測(cè)量偏大;管道類型為卷鋼,有焊接痕跡突起,導(dǎo)致外徑測(cè)量偏大;管道老化內(nèi)部有銹層,導(dǎo)致內(nèi)徑實(shí)際值偏小,流量隨之偏小。電磁流量計(jì)與超聲波流量計(jì)流量計(jì)算原理同為流體平均流速乘以流體截面積,因此內(nèi)徑偏差導(dǎo)致的流體截面積誤差會(huì)對(duì)兩種流量計(jì)造成影響。超聲波流量計(jì)安裝時(shí)需要測(cè)量管道外徑,壁厚的測(cè)量只在打磨處進(jìn)行,因?yàn)閮?nèi)徑=外徑-壁厚,此時(shí)要考慮外徑測(cè)量偏大的影響。
參考文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果,超聲波流量計(jì)換能器安裝距離的偏差也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果有誤差。當(dāng)傳感器之間的安裝距離的相對(duì)誤差為4.7%時(shí),流量相對(duì)誤差為10.7%;管道內(nèi)徑相對(duì)誤差為-3.3%時(shí),流量相對(duì)誤差為-5.5%。因此安裝距離對(duì)于超聲波流量計(jì)的影響是非常大的。須根據(jù)有無(wú)換能器安裝標(biāo)尺,現(xiàn)場(chǎng)操作等因素評(píng)估誤差。
3.2.6其它因素影響
測(cè)量過(guò)程中還有其它因素會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的失準(zhǔn),如:電磁流量計(jì)周?chē)艌?chǎng)影響、電磁流量計(jì)遠(yuǎn)傳線路過(guò)長(zhǎng)對(duì)信號(hào)影響、噪音對(duì)超聲波流量計(jì)的聲波影響、流量計(jì)離泵過(guò)近(小于30D距離)帶來(lái)的流場(chǎng)不均勻的影響等。這些都是無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)量化的誤差來(lái)源,應(yīng)盡量避免,消除產(chǎn)生誤差的可能性。
4.評(píng)估與計(jì)算
用戶關(guān)心的是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下流量的測(cè)量是否準(zhǔn)確。由于缺乏**性,用戶會(huì)認(rèn)為校準(zhǔn)結(jié)果中的示值誤差就應(yīng)該代表流量測(cè)量時(shí)流量計(jì)的準(zhǔn)確性,經(jīng)常對(duì)證書(shū)給出的不確定度置之不理。
除了前文提到的測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)器示值誤差引起的不確定度u1、u2,引人各種干抗因子的不確定度分量應(yīng)附加到校準(zhǔn)結(jié)果中,根據(jù)需要附加進(jìn)行評(píng)定的因素,有u3、u4、u5、u6等。得到:
5.結(jié)論
zui后評(píng)估的U95根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與測(cè)量過(guò)程一般在1.0%~4.0%之間。當(dāng)I?I≤MPEV+U95時(shí),校準(zhǔn)符合性判斷不合格;當(dāng)MPEV-U95≤I?l≤MPEV+U時(shí),根據(jù)《JJF1094-2002測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定》定義,校準(zhǔn)符合性結(jié)果屬于待定。即可以通過(guò)采用準(zhǔn)確度更高的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、改善環(huán)境條件、增加測(cè)量次數(shù)和改變測(cè)量方法等措施,以降低測(cè)量不確定度評(píng)定。然而限制于校準(zhǔn)方法的困乏、標(biāo)準(zhǔn)器精度的局限、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的客觀存在,不確定度的評(píng)定始終無(wú)法達(dá)到U95≤1/3MPEV的程度,測(cè)量誤差也基本不可能滿足I?I≤MPEV-U95,那么對(duì)電磁流量計(jì)的校準(zhǔn)符合性研究結(jié)果只能停留在待定與不合格之間。介于污水用大口徑電磁流量計(jì)的校準(zhǔn)現(xiàn)狀,我們認(rèn)為符合性處于待定區(qū)間的校準(zhǔn)過(guò)程是有意義的,使用方可以依照校準(zhǔn)證書(shū)進(jìn)行參考。
上一條：
電磁流量計(jì)在應(yīng)用中的故障檢查和分析
下一條：
論電磁流量計(jì)的應(yīng)用研究分析
