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封閉管道中電磁流量計在線計量的方法
發布時間:2021-6-21 08:33:44

  電磁流量計以其安裝方便、準確度高等優點在自來水、熱水熱能貿易結算中被廣泛應用,并被要求進行定期的計量檢定。在我國,0.5級以下電磁流量計的檢定周期為兩年。事實上,許多大口徑電磁流量計(一般為DN400mm以上)由于拆裝、運輸和生產等問題,無法實現定期離線檢定,造成計量失控,引發諸多貿易糾紛。因此,需要建立-套能夠對電磁流量計進行在線檢定或校準的方法,在保證有效溯源性的前提下,實現對電磁流量計的量值溯源,從而實現對現場電磁流量計的在線計量檢定;蜃畹拖薅忍峁┮环N手段,能夠對在線電磁流量計進行期間核查,在一定不確定度范圍內對在線電磁流量計的計量特性進行確認,達到延長電磁流量計離線檢定周期的目的。
一、研究背景
  根據上述存在的問題,有關專家也提出過多種在線檢定或校準方案,歸納起來,其主流方案主要有兩種:一種是勵磁線圈檢查法,即在傳感器安裝勵磁線圈的腔體內置一標準線圈,標準線圈的銅電阻與勵磁線圈的銅電阻相近,通過外圍電路控制實現標準線圈和勵磁線圈產生的信號進行比較,以檢查勵磁線圈當前產生的信號與原來產生信號的一致性,從而確定電磁流量計的計量特性是否發生變化,這種方法又稱為電磁流量計的“干標”方法;另一種方法是非接觸測量法,即利用外夾式超聲波流量計夾持在被測流量計管道上,通過比對兩臺流量計的流量來確定被檢流量計的計量特性。
  應該說上述兩種方法理論上都有其合理性,但存在方法設計.上的缺陷,無法保證量值溯源性和可靠性,因此,無法得到法律層面上的認可。首先,第一種方法,由于標準線圈是直接設計到流量計表體中的,我們無法對其電阻等指標的性能進行定期的量值溯源,無法判斷一段時間后標準線圈的計量性能是否發生變化,所以,用其作為計量傳遞的標準顯然有缺陷。
第二種方法,時差法外夾式超聲波流量計的優點在于可以定期對超聲波流量計進行檢定。超聲波流量計測量流量的原理是根據速度面積法求得流量qʋ的,其公示為
qʋ=`VA(1)
式中:`V一管道內流體截面上平均流速;A一流體流經管道的截面積。
  從式(1)中可以看到,要得到準確的流量,必須得到準確的管道平均流速和截面積。其中,時差法超聲波流量計測量流速可以得到滿意的結果但是,現場管道由于未經特別加工很難確定管道的截面積。因此,無法控制外夾式超聲波流量計現場測量準確度,通常外夾式超聲波流量計的測量相對示值誤差能達到1%~5%,準確度較低,已失去對現場電磁流量計進行比對的意義。
二、方案的提出和分析
  比較上述兩種方案,從理論上來講都是可行的。但第二種方法更容易實現量值的溯源和檢定中不確定度分量的控制。只要在量值傳遞過程中將流量測量可能引入的不確定度分量控制在可允許的范圍內,就可以實現對現場電磁流量計準確的流量賦值。
1.外夾式超聲波流量計工作原理和測量不確定度分量分析
  時差法超聲波流量計是以超聲波在流體內順逆兩個傳播方向,利用傳播時間差與流體流速之間的關系求得流體流量的,工作原理如圖1所示。
 
  根據聲波在順逆兩個方向傳播的時間差可得到該傳播方向.上的流體線平均流速(V):
 
  式中::C一聲速;L一聲波傳播距離;0一聲道夾角;t1、t2--聲波順逆向傳播時間。
根據比爾蓋兒法計算出面流速V:
 
  式中:K--補償系數(K=1.119+0.011lgRe;Re為雷諾數),在--定雷諾數范圍內可視為常數,在使用中可以通過水流量標準裝置標定給出。
  根據_上述公式,可得流量計算公式為
 
式中:d-管道直徑。
  從式(4)中可以看到,h以和超聲波流量計所使用的時基準確度相關,作為用于量值傳遞的標準表,流量計可選取較高準確度等級的時基,因此,t1、t2測量引入的不確定度可以忽略不計。如果采取相應的措施保證d和L的測量不確定度足夠小,直至可以忽略不計,則流量測量的不確定度僅和K的標定準確度相關。
2.外夾式超聲波流量計特征尺寸的確定
  為保證d和L的測量準確度足夠高,應在被檢電磁流量計的管路上預裝標準管段以安裝外夾式超聲波流量計。由于標準管段是一個經過加工的直管段,因此,不會增加太大的成本。
  標準管段內徑的加工可參照GB/T2624--2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》中對節流件上游2D范圍內管道內徑的加工要求。加工后的標準管段應分別在至少3個截面的4個不同方向進行d值測量,加工偏差應小于標準規定。
  聲波傳播距離L的確定主要是避免每次測量管道圓度不夠、外壁腐蝕以及換能器和管道間裝夾間隙不同,對傳播距離L的影響?稍跇藴使芏瓮獗诩庸す潭ǖ陌惭b位置并設加裝螺孔,在加裝換能器時用扭力扳手緊固,確保每次裝夾間隙的一致性。
  在標準管段和外夾式超聲波流量計-起在水流量標準裝置.上檢定后,將標準管段預裝在現場管道,并在換能器安裝位置加裝防護罩。由于標準管段結構、加工要求和使用環境與文丘里管有極度的相似性,因此,其使用周期可以采用和文丘里管相等的檢定周期,即檢定周期為4年。每年利用標準管段和外夾式超,聲流量計對在線電磁流量計進行核查,如核查結果滿意則順延電磁流量計的檢定周期,否則電磁流量計和標準管段均應離線檢定。每--個外夾式超聲波流量計可以和任意管徑的標準直管段配合并擁有該套配置的k值及相應的準確度,通過定期的期間核查達到延長電磁流量計檢定周期的目的。
三、標準管段和外夾式超聲波流量計的管理策略
  需要對外夾式超聲波流量計及對應的標準管段進行檢定,標定一定流量范圍內各流量點的k值并確定對應的不確定度,同時對標準管段的幾何尺寸進行檢定。進行現場核查,以JJF1033--2008<計量標準考核規范》規定的傳遞比較法作為判定核查結果滿意與否的依據。
1.檢定要求
(1)標準管段的幾何尺寸的檢定
  在標準管段入口、出口和中間3個截面進行內徑測量,任何一內徑與內徑平均值之差應小于內徑平均值的±0.4%,當所有被測內徑和內徑平均值之差均符合_上述要求時,則認為滿足要求。
(2)k值確定和補償系數的檢定
  當標準管段和測量介質確定后,每個流量點下檢定時,式(4)中的L、d、θt1、t2即可視為常數,根據要測量流量點g,的大小,計算出k值并設入與外夾式超聲波流量計配套的流量積算儀。
  設定后的超聲波流量計應成套在水流量標準裝置上進行標定。按以下公式計算出補償系數K.,取各點平均值輸入與外夾式超聲波流量計配套的流量積算儀:
 
式中:qo-水流量標準裝置給出的實際流量。
  根據相應的檢定規程對相應的流量點進行檢定,并給出相應的準確度。這里僅對每個流量點的重復性檢定給出特殊規定。每個流量點應做不少于6組試驗,每組檢定次數不少于6次。每組試驗前均應按要求將外夾式超聲波流量計重新安裝。試驗結束后按式(6)計算重復性E,:.
 
  式中:m一測量組數;n一每組包含的測量次數;K*ij一第j組中第k次測量結果;`K*j一第j組測量結果的平均值。
計算結果應小于準確度的1/2。
2.電磁流量計現場核查
  根據檢測結果設定對應的參數,利用現場標準管段對現場電磁流量計進行核查試驗。試驗時應至少在使用的流量范圍內取3個流量點,每--個流量點的試驗結果按式(7)進行比對。
 
  式中:q1一電磁流量計示值;q一外夾式超聲波流量計示值;U一外夾式超聲波流量計測量不確定度;U1一電磁流量計標稱測量不確定度。
  試驗結果如滿足式(7)的要求,即認為結果滿意,電磁流量計可繼續使用。電磁流量計可在此保證條件下使用4年,到期后應和標準管段一并送檢。
四、結束語
  利用外夾式超聲波流量計對電磁流量計進行在線核查來驗證在線電磁流量計的工作狀況,一-定程度上可以延長電磁流量計的檢定周期,在有限試驗次數上證明是可行的,但該方法也存在一定的局限性,如外夾式超聲波流量計發生換能器損壞,將會影響多個標準管段的使用風險,需要進一步研究。

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