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淺談電磁流量計(jì)在給排水和水處理行業(yè)中在線檢
 引言
 
    流量是給排水和水處理等相關(guān)行業(yè)常用的過程控制和計(jì)量的重要參數(shù)和生產(chǎn)指標(biāo),它直接關(guān)系到水處理的進(jìn)程與質(zhì)量。電磁流量計(jì)由于其結(jié)構(gòu)簡單,傳感器內(nèi)沒有可動(dòng)部件,沒有節(jié)流裝置,不存在機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)和磨損,不會(huì)產(chǎn)生壓力損失,并因其精度高、線性好、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),在給排水、污水處理、引水工程等項(xiàng)目中得到**的應(yīng)用,用以進(jìn)行內(nèi)部計(jì)量、過程控制和對外貿(mào)易結(jié)算。電磁流量計(jì)作為一種普遍的計(jì)量器具,按照《計(jì)量法》的規(guī)定,必須在一定的周期內(nèi)對該器具進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。同時(shí),使用方為保證流量計(jì)使用的可靠性,也對電磁流量計(jì)生產(chǎn)廠家提出了這個(gè)要求。
 
    然而,應(yīng)用于水務(wù)行業(yè)中的電磁流量計(jì)口徑較大,安裝環(huán)境差等因素導(dǎo)致流量計(jì)很難甚至不允許拆卸之后送到標(biāo)定裝置中進(jìn)行復(fù)核。另外,由于此類流量計(jì)的現(xiàn)場工作條件與實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)設(shè)置條件存在偏異,因此,電磁流量計(jì),尤其是大口徑的電磁流量在使用一個(gè)階段之后,測量也許會(huì)存在一定的不確定性偏差。在線大口徑流量計(jì)不停水的校準(zhǔn)和檢定問題亟待解決。
 
    1 電磁流量計(jì)的在線檢定方法
 
    目前,普遍應(yīng)用的電磁流量計(jì)在線檢定手段主要有標(biāo)準(zhǔn)表法和電參數(shù)法。電參數(shù)法是根據(jù)管道式電磁流量計(jì)的測量原理,對影響在線工作的管道式電磁流量計(jì)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢定(如勵(lì)磁線圈對地絕緣電阻、電極對地(接液)電阻、勵(lì)磁線圈電阻和流量計(jì)電纜線電阻),測量控制相關(guān)參數(shù)在一定允許的變化范圍內(nèi)與出廠檢定的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較溯源,使其保持在出廠時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度以內(nèi),以滿足使用要求。標(biāo)準(zhǔn)表法是以標(biāo)準(zhǔn)表為標(biāo)準(zhǔn)器具,使流體在相同時(shí)間間隔內(nèi),同時(shí)連續(xù)通過標(biāo)準(zhǔn)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(jì)與標(biāo)準(zhǔn)表所示的流量值的關(guān)系。
 
    對于以上兩種方法孰優(yōu)孰劣,不能斷然判明,但根據(jù)上海貝菲自動(dòng)化儀表有限公司應(yīng)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(shù)法
 
    眾所周知,電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。法拉第電磁感應(yīng)公式如式(1)所示:
 
    E=K×B×V×D    (1)
 
    式中:B為流量計(jì)勵(lì)磁線圈感應(yīng)磁場的強(qiáng)度;V為被測電液導(dǎo)體的流速;D為管徑;K為儀表系數(shù)。宏觀上把導(dǎo)電液體看成導(dǎo)體。
 
    由式(1)可知管徑D與系數(shù)K都為固定參數(shù)。在一定流速下,只要保證參數(shù)B的穩(wěn)定,那么感應(yīng)電動(dòng)E也隨之穩(wěn)定,即在進(jìn)行電參數(shù)法在線檢定時(shí),若參數(shù)B保持在出廠校準(zhǔn)時(shí)的允許范圍內(nèi)時(shí),就可證明該流量計(jì)目前所測流量的準(zhǔn)確度仍與出廠時(shí)保持一致[3]。
 
    影響電磁感應(yīng)強(qiáng)度B的因素,就流量計(jì)本身而言,應(yīng)檢驗(yàn)勵(lì)磁線圈電阻(扣除溫度變化引起的差值)、勵(lì)磁線圈的絕緣以及勵(lì)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(jié)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(shí),使用高精度的模擬信號器檢測轉(zhuǎn)換器的工作狀況。
 
    上海貝菲自動(dòng)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(jì)3臺、DN1000mm流量計(jì)4臺。按標(biāo)書要求,出廠數(shù)據(jù)必須確保當(dāng)流速為0.3m/s時(shí)達(dá)到±0.25%示值誤差。在協(xié)助昆該自來水廠進(jìn)行調(diào)試,流量計(jì)正常運(yùn)行投入生產(chǎn)之后,于2010年8月份,根據(jù)《管道式電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)要求》[1]對每臺表的原始數(shù)據(jù)一一記錄,一年之后,我們再次來到現(xiàn)場進(jìn)行在線檢定。
 
    2.1 電參數(shù)法的檢定過程
 
    在檢定過程中,首先,觀察轉(zhuǎn)換器內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置是否有被改動(dòng)過,要求轉(zhuǎn)換器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置與電磁流量計(jì)出廠銘牌上的一致;然后觀察兩根電纜(勵(lì)磁電纜、信號電纜)是否有損傷,是否保持原樣?!豆艿朗诫姶帕髁坑?jì)在線校準(zhǔn)要求》指出需保證被測液體電導(dǎo)率符合流速在0.3~10m/s的流動(dòng)狀態(tài)下,被測管道中應(yīng)保持滿管,無氣泡聚集。
 
    在對該自來水廠進(jìn)行檢定觀察時(shí),全部的流量計(jì)都在穩(wěn)定有序地運(yùn)行,無數(shù)據(jù)波動(dòng)等狀況出現(xiàn)。因此,可以判定以上條件均符合,并在此基礎(chǔ)上對流量計(jì)的一系列參數(shù)作了檢測。
 
    由于在第二次來到自來水廠時(shí),該流量計(jì)處于運(yùn)行狀態(tài),因此,為不妨礙水廠的正常工作,我們對每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)只進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)測量。
 
    2.1.1 轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)
 
    ①瞬時(shí)流量的示值誤差及重復(fù)性檢定
 
    先關(guān)閉轉(zhuǎn)換器的供電電源,并將轉(zhuǎn)換器連接傳感器的電纜拆卸下來,使用自主開發(fā)的模擬信號發(fā)生器(精度為±0.1%),為轉(zhuǎn)換器提供模擬信號,代替實(shí)際使用過程中電磁流量計(jì)傳感器提供的流量信號。然后通電預(yù)熱片刻之后,分別選定高、中、低3個(gè)流速點(diǎn),且采用上行程和下行程的方式對每個(gè)點(diǎn)都測試3遍,對轉(zhuǎn)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(jìn)行處理,*后根據(jù)計(jì)算得到示值誤差和重復(fù)性[2-5]。
 
    ②轉(zhuǎn)換器零點(diǎn)檢查與校準(zhǔn)
 
    將電磁流量計(jì)模擬信號發(fā)生器的開關(guān)撥到“0”位置,用模擬信號發(fā)生器的零位進(jìn)行調(diào)零,直到轉(zhuǎn)換器瞬時(shí)流量顯示為“0.000m3/h”。
 
    ③電磁流量計(jì)零點(diǎn)漂移的檢查
 
    斷開轉(zhuǎn)換器與傳感器之間勵(lì)磁線圈的連接電纜(貝菲產(chǎn)品的勵(lì)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(lián)通,經(jīng)過十幾分鐘左右的預(yù)熱(當(dāng)然,在這預(yù)熱過程中可對其他表進(jìn)行其他項(xiàng)目的檢查),恢復(fù)轉(zhuǎn)換器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置,每5min記錄一次轉(zhuǎn)換器讀數(shù)情況,持續(xù)3次并記錄轉(zhuǎn)換器每次的顯示值。取***值***的值與電磁流量計(jì)量程相比較,得到零點(diǎn)漂移值。
 
    ④轉(zhuǎn)換器輸出頻率及輸出電流校準(zhǔn)
 
    以電磁流量計(jì)模擬信號發(fā)生器為校準(zhǔn)信號源,采集3個(gè)流速測量點(diǎn)的頻率計(jì)電流輸出信號,按照公式計(jì)算兩者的示值誤差。相關(guān)公式請參閱文獻(xiàn)[1]。
 
    應(yīng)該注意的是,轉(zhuǎn)換器輸出頻率、電流的***允許示值誤差應(yīng)不超過出廠準(zhǔn)確度的要求。
 
    2.1.2 傳感器的校準(zhǔn)
 
    ①勵(lì)磁線圈電阻的測量
 
    以數(shù)字萬用表為測量工具,兩個(gè)表筆分別搭在勵(lì)磁線圈的兩個(gè)端子上,測量勵(lì)磁線圈的電阻值,將測量結(jié)果與以往的記錄值進(jìn)行比對。
 
    ②勵(lì)磁線圈對地絕緣電阻的測量
 
    以500V兆歐表為測量工具,將兆歐表的兩端分別夾在勵(lì)磁線圈一端和接地線上,操作兆歐表待顯示穩(wěn)定后讀數(shù),要求絕緣電阻大于100MΩ。
 
    ③傳感器接地電阻的測量
 
    用數(shù)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10Ω。
 
    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(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫的充放電現(xiàn)象),讀取指針偏轉(zhuǎn)***值時(shí)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(yīng)注意的是,測量應(yīng)該以***次測量的***值為準(zhǔn),若要再次測量,應(yīng)消除電極上可能出現(xiàn)的極化現(xiàn)象,避免造成對測量準(zhǔn)確性的影響;同時(shí),要求測量偏差率≤20%[4]。
 
    電磁流量計(jì)出廠時(shí)以及經(jīng)過一年的使用之后,再次對同一臺電磁流量計(jì)進(jìn)行在線檢定,數(shù)據(jù)記錄及處理結(jié)果如表1、表2所示。其中,原始在線檢定數(shù)據(jù)的環(huán)境溫度為29℃、相對濕度為70%RH,***示值誤差為0.25%;運(yùn)行一年后檢定數(shù)據(jù)的環(huán)境溫度為30℃、相對濕度為70%RH。經(jīng)第三方檢測的原始數(shù)據(jù)如表3所示。
 

表1 原始及運(yùn)行一年后的電參數(shù)數(shù)據(jù)

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表2 運(yùn)行一年后的電參數(shù)數(shù)據(jù)(轉(zhuǎn)換器部分)

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表3 2010年8月第三方檢定數(shù)據(jù)

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電磁流量計(jì)電參數(shù)在線檢定法主要用來對直接影響電磁流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的勵(lì)磁線圈的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量。
 
    通過兩次數(shù)據(jù)的對比,可以很直觀地了解到這一臺電磁流量計(jì)的各項(xiàng)電參數(shù)在經(jīng)過一年的現(xiàn)場使用之后仍然能夠與原始數(shù)據(jù)很好地溯源。
 
    2.2 標(biāo)準(zhǔn)表法的檢定過程
 
    標(biāo)準(zhǔn)表法是在管道上再安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)表,同步記錄兩臺流量計(jì)的輸出流量。在標(biāo)準(zhǔn)表的選擇方面,目前國內(nèi)外大部分企業(yè)機(jī)構(gòu)都是選用便攜式超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行在線檢定。
 
    以長春某熱力公司中一臺DN1200mm流量計(jì)為例,對運(yùn)用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)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(shè)施進(jìn)行加壓試運(yùn)行,檢查設(shè)備是否正??煽俊D壳?,我們公司有上百臺大口徑的流量計(jì)在該企業(yè)的熱力供給線上運(yùn)行,在2010年10月份試運(yùn)行過程中,發(fā)現(xiàn)其中一臺DN1200mm的大口徑流量計(jì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng),提議需對該表運(yùn)行的準(zhǔn)確度進(jìn)行檢測[6-7]。使用兩臺精度為±0.5%、重復(fù)性為±0.15%的便攜式超聲波流量計(jì)對該流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場檢查。DN1200mm的大口徑流量計(jì)第三方檢定數(shù)據(jù)如表4所示。由表4可以看出,***示值誤差為0.18%,***重復(fù)性為0.06%。
 
表4 2009年11月第三方檢定數(shù)據(jù)
 
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    操作人員到達(dá)現(xiàn)場后,首先對電磁流量計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集記錄,發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的顯示數(shù)據(jù)確實(shí)存在波動(dòng)。隨后,根據(jù)現(xiàn)場情況及超聲波流量計(jì)的安裝要求,對管道外壁的污垢進(jìn)行擦除,以保證超聲波流量計(jì)的可靠應(yīng)用,并根據(jù)現(xiàn)場工作人員對管道內(nèi)壁的襯里描述,采用“V”形安裝方法對參數(shù)進(jìn)行一一設(shè)置[8-10]。
 
    值得說明的是,由于超聲波流量計(jì)對使用環(huán)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(jì)在全流速范圍內(nèi)一直保持一個(gè)較高的精度。為此,分別選用高、低流速的兩臺超聲波流量計(jì),分別對管道內(nèi)流體的高低流速進(jìn)行測量,這在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
 
    經(jīng)分段檢定,超聲波流量計(jì)數(shù)據(jù)記錄如表5所示。對比發(fā)現(xiàn),超聲波流量計(jì)數(shù)據(jù)顯示及波動(dòng)情況與電磁流量計(jì)所反映的情況一致。
 
    在線檢定后,發(fā)現(xiàn)流量計(jì)顯示的波動(dòng)幅度越來越小。對此,我們判斷是因?yàn)楣艿涝谀陜?nèi)**通水及水溫差異等原因,使得管道內(nèi)存在大量氣泡,造成數(shù)據(jù)波動(dòng)。經(jīng)建議,長春熱電在電磁流量計(jì)的前直管段上安裝了排氣閥,電磁流量計(jì)隨即正常工作。
 
表5 現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄表
 
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    3 檢定注意事項(xiàng)
 
    在檢定超聲波流量計(jì)時(shí),應(yīng)注意以下事項(xiàng)。
 
    ①安裝位置
 
    超聲波流量計(jì)安裝位置的選擇需要操作員仔細(xì)了解工況情況,包括被檢管線的材質(zhì)、管外徑、管壁厚度、管內(nèi)襯里的材質(zhì)及厚度,管內(nèi)介質(zhì)等相關(guān)量的具體信息并核實(shí),確保測量的準(zhǔn)確度。
 
    標(biāo)準(zhǔn)表的安裝需遠(yuǎn)離上下游的擾動(dòng)源,避免有害的漩渦等情況,但是在現(xiàn)場實(shí)際情況中達(dá)不到安裝要求的情況是很普遍的。這就需要現(xiàn)場操作人員有相當(dāng)高的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn),選擇正確的地點(diǎn)和方式進(jìn)行安裝,避免較大誤差的出現(xiàn)。
 
    ②“V”形安裝法
 
    在直管段等情況允許的情況下,應(yīng)該***“V”形法安裝。因?yàn)槭褂?ldquo;V”形安裝法,超聲波流量計(jì)的兩個(gè)換能器在管道的同一側(cè),容易實(shí)現(xiàn)兩個(gè)換能器安裝在管道的中心線上;而且同一側(cè)的管壁,外部條件幾乎一致,對因參數(shù)設(shè)置引起的誤差可以將量減小到***。
 
    “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(cè)相對的安裝方法使得換能器不易在同一個(gè)管徑平面上,導(dǎo)致超聲波接收到的信號質(zhì)量下降,這會(huì)無法避免地帶來相當(dāng)大的測量誤差。“Z”形安裝法示意圖如圖1(b)所示。
 
    ③同時(shí),我們認(rèn)為用于標(biāo)準(zhǔn)表法比對的便攜式超聲波流量計(jì)對重復(fù)性要求是***位的。
 
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圖1 便攜式超聲波流量計(jì)安裝示意圖
 
    4 結(jié)束語
 
    流量計(jì)在線檢定方法是切實(shí)可行的,雖然在線檢定方法與實(shí)驗(yàn)室水流量標(biāo)定裝置上校準(zhǔn)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(jì)不能拆卸進(jìn)行標(biāo)定的難題。為了進(jìn)一步優(yōu)化管道式電磁流量計(jì)在線檢定方法,我們需要不斷總結(jié)在線檢定的經(jīng)驗(yàn)或者開發(fā)在線檢定的專用儀器,這樣,電磁流量計(jì)的在線檢定方法會(huì)愈加的完善。

上一條:電磁流量計(jì)測量干擾的解決辦法
下一條:污水流量計(jì)實(shí)地校準(zhǔn)方法探討


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