0引言
    電磁流量計(jì)以其安裝方便、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)自來(lái)水貿(mào)易結(jié)算、污水排放中被廣泛使用。一方面貿(mào)易結(jié)算和污水排放電磁流量計(jì)要求定期進(jìn)行計(jì)量檢定，根據(jù)JJG1033—2007電磁流量計(jì)檢定規(guī)程中使用的要求，0.5級(jí)及以下的電磁流量計(jì)的檢定周期為2年，且需要拆下送實(shí)驗(yàn)室離線檢定;另一方面，許多大口徑電磁流量計(jì)(一般為DN300以上)由于生產(chǎn)、拆卸和運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)定期的離線檢定，從而無(wú)法溯源。因此，國(guó)內(nèi)很多計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)開(kāi)展了大口徑電磁流量計(jì)的在線校準(zhǔn)。
    目前，大口徑電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)常用的方法是外夾式超聲波流量計(jì)在線比對(duì)法［1－4］。此方法的優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)直接夾在被檢流量計(jì)管道上進(jìn)行，不需要企業(yè)停止生產(chǎn)，給企業(yè)帶來(lái)方便，但也存在缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為:1)標(biāo)準(zhǔn)表現(xiàn)場(chǎng)使用條件(管道材質(zhì)、管道口徑和流速大小)與實(shí)驗(yàn)室溯源條件不一致;2)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)管道內(nèi)外壁腐蝕，井內(nèi)操作空間狹小的情況，使用外夾式超聲波流量計(jì)無(wú)法在線校準(zhǔn)。
    本文提出了標(biāo)準(zhǔn)表定點(diǎn)量傳的試驗(yàn)方法，使外夾式超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用的管道材質(zhì)、管道口徑和流速大小與實(shí)驗(yàn)室溯源時(shí)保持一致或近似一致，有效地提高了測(cè)量精度。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)管道內(nèi)外壁腐蝕和井內(nèi)操作空間狹小的情況，采用插入式流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，避免測(cè)量探頭與管壁接觸，從而達(dá)到在線校準(zhǔn)的目的。
1實(shí)驗(yàn)方案
    研究采用的標(biāo)準(zhǔn)表為外夾式超聲波流量計(jì)(檢測(cè)范圍為DN50～DN2400，流量重復(fù)性為0.15%)和插入式電磁流量計(jì)(檢測(cè)口徑為DN800，流量重復(fù)性為0.33%)。實(shí)驗(yàn)室流量標(biāo)準(zhǔn)裝置為標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置(檢測(cè)范圍為DN15～DN1200，裝置擴(kuò)展不確定度為Urel=0.1%，k=2)?，F(xiàn)場(chǎng)被校流量計(jì)為大口徑電磁流量計(jì)(管道材質(zhì)為碳鋼，管道口徑為DN800，流量計(jì)常用流速范圍為0.5～1.5m/s)。標(biāo)準(zhǔn)表先在實(shí)驗(yàn)室流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上溯源，如圖1所示［5］，再將溯源的儀表系數(shù)k設(shè)置到標(biāo)準(zhǔn)表內(nèi)，最后標(biāo)準(zhǔn)表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)大口徑電磁流量計(jì)。     外夾式超聲波流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)室溯源時(shí)，流量裝置實(shí)驗(yàn)段處為碳鋼材質(zhì)，管道口徑為DN200～DN1200，流速為0.5～3m/s，分別溯源得到碳鋼管道材質(zhì)下，不同管道口徑和不同流速的儀表系數(shù)k。為便于分析管道材質(zhì)的影響，另外進(jìn)行管線為不銹鋼材質(zhì)，管道口徑為DN800，流速為0.5～3m/s的實(shí)驗(yàn)。
    插入式電磁流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)室流量裝置溯源時(shí)，實(shí)驗(yàn)段的條件與現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)條件一致，即管道口徑為DN800，流速為0.5～1.5m/s，分析插入式流量計(jì)在線校準(zhǔn)大口徑電磁流量計(jì)的可行性。
2標(biāo)準(zhǔn)表定點(diǎn)量傳的條件和方法
2.1標(biāo)準(zhǔn)表定點(diǎn)量傳的條件
    1)相同的管道材質(zhì)。外夾式超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，應(yīng)使實(shí)驗(yàn)室溯源管道材質(zhì)與現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的管道材質(zhì)保持一致;
    2)相同的管道口徑。標(biāo)準(zhǔn)表在現(xiàn)場(chǎng)使用的管道口徑應(yīng)與其在實(shí)驗(yàn)室溯源的管道口徑保持一致;
    3)相同或相近的流速點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)表實(shí)驗(yàn)室溯源的流速點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的流速點(diǎn)保持相同或相近;
    4)相同的安裝重復(fù)性。使用插入式流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，其探頭的安裝方位和插入深度與實(shí)驗(yàn)室溯源時(shí)保持一致。
2.2現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法
    1)確定現(xiàn)場(chǎng)管道材質(zhì)，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)段處的管道口徑，確定現(xiàn)場(chǎng)電磁流量計(jì)的常用流速大小;
    2)加工一段與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段的材質(zhì)和口徑一致的管道，安裝在實(shí)驗(yàn)室流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的檢測(cè)段處，將標(biāo)準(zhǔn)表在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上安裝溯源，溯源流速點(diǎn)包含現(xiàn)場(chǎng)電磁流量計(jì)的常用流速點(diǎn);
    3)將溯源完畢的標(biāo)準(zhǔn)表按照實(shí)驗(yàn)室的溯源條件和安裝位置安裝到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)管段處進(jìn)行校準(zhǔn);
    4)將被校大口徑電磁流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)表的瞬時(shí)流量(或一段時(shí)間累積流量)進(jìn)行比對(duì)，算出示值誤差，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)校準(zhǔn)。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1外夾式超聲波流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)室溯源實(shí)驗(yàn)
    加工不同口徑的管道，分別安裝在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置試驗(yàn)段處進(jìn)行外夾式超聲波流量計(jì)實(shí)驗(yàn)室溯源。管道材質(zhì)為碳鋼，與現(xiàn)場(chǎng)管道材質(zhì)保持一致;管道口徑為DN200～DN1200，包含現(xiàn)場(chǎng)管道口徑;流速大小為0.5～2m/s，包含現(xiàn)場(chǎng)被校流量計(jì)的常用流速。溯源得到不同條件下的儀表系數(shù)k，如表1所示。 另加工一段口徑為DN800的不銹鋼管道，安裝在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)驗(yàn)段處進(jìn)行外夾式超聲波流量計(jì)溯源實(shí)驗(yàn)，流速大小為0.5～2m/s，溯源得到的儀表系數(shù)k如表2所示。 通過(guò)以上外夾式超聲波流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)室溯源數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)論:
    1)在相同管道材質(zhì)和相同管道口徑下，流速范圍在0.5～2m/s內(nèi)的儀表系數(shù)無(wú)變化規(guī)律，最大相差0.42%;
    2)在相同管道材質(zhì)和相同流速下，隨著管道口徑增大，儀表系數(shù)總體變小，最大相差1.31%;
    3)在相同流速大小和DN800管道材質(zhì)下，不銹鋼管道材質(zhì)的儀表系數(shù)要比碳鋼儀表系數(shù)大，最大相差1.23%。
3.2外夾式超聲波流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)結(jié)果
    實(shí)驗(yàn)室溯源后的外夾式超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)一臺(tái)DN800電磁流量計(jì)，管道碳鋼材質(zhì)的電磁流量計(jì)，常用流速調(diào)為1.0m/s，超聲波流量計(jì)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)條件的實(shí)驗(yàn)室溯源儀表系數(shù)k，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表3所示。 從現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)結(jié)果可知:
    1)外夾式超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)，使用和現(xiàn)場(chǎng)條件一致的實(shí)驗(yàn)室溯源儀表系數(shù)，最大誤差為－1.37%，能滿足客戶的要求(一般在現(xiàn)場(chǎng)條件下，大口徑電磁流量計(jì)測(cè)量誤差要求為±2%);
    2)若使用與現(xiàn)場(chǎng)不同條件的實(shí)驗(yàn)室溯源儀表系數(shù)，測(cè)量誤差最多相差近1%。
3.3插入式電磁流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)室溯源實(shí)驗(yàn)
    將插入式電磁流量計(jì)安裝在DN800的管段上，并將管段安裝在實(shí)驗(yàn)室裝置實(shí)驗(yàn)段處，然后在1.0m/s流速點(diǎn)進(jìn)行第一次溯源實(shí)驗(yàn)，溯源得到儀表系數(shù)k1;試驗(yàn)結(jié)束后，將插入式電磁流量計(jì)從溯源管段上拆卸下來(lái)，然后在保證和第一次安裝重復(fù)性一致的情況下，將插入式電磁流量計(jì)再次安裝在溯源管道中，進(jìn)行第二次溯源實(shí)驗(yàn)，得到儀表系數(shù)k2;同樣方法進(jìn)行第三次溯源實(shí)驗(yàn)，得到儀表系數(shù)k3;最后算出平均儀表系數(shù)k，溯源數(shù)據(jù)如表4所示。     由表4可以看出，三次溯源實(shí)驗(yàn)的儀表系數(shù)差別不大，重復(fù)性為0.15%，說(shuō)明在相同的安裝管道、相同或相近流速和保證安裝重復(fù)性一致的條件下，插入式電磁流量計(jì)可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的準(zhǔn)確、重復(fù)測(cè)量。
3.4插入式電磁流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)
    將實(shí)驗(yàn)室溯源的儀表系數(shù)設(shè)置在插入式電磁流量計(jì)內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)DN800的電磁流量計(jì)，將流速調(diào)為1.0m/s，儀表系數(shù)k設(shè)置為1.3225。首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道進(jìn)行在線開(kāi)孔，然后將插入式電磁流量計(jì)插入管道中，確保其探頭的安裝方位和插入深度與實(shí)驗(yàn)室溯源時(shí)保持一致，最后開(kāi)始在線校準(zhǔn)，分別記錄一段時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被校流量計(jì)累積流量，計(jì)算示值誤差?，F(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表5所示。     由表5可以看出，在保證插入式電磁流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)室溯源安裝同等條件下，在線校準(zhǔn)大口徑電磁流量計(jì)的誤差為－1.93%，基本滿足客戶的測(cè)量要求。
4結(jié)束語(yǔ)
    本文提出標(biāo)準(zhǔn)表定點(diǎn)量傳的方法在線校準(zhǔn)大口徑電磁流量計(jì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可得出以下結(jié)論:
    1)采用外夾式超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，使現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的管道材質(zhì)、管道口徑和流速大小與實(shí)驗(yàn)室溯源條件保持一致，可提高大口徑電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)精度;
    2)采用插入式流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，使現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的管道口徑、流速大小、探頭安裝方位和插入深度與實(shí)驗(yàn)室溯源時(shí)保持一致，可解決管道銹蝕和空間狹小的大口徑電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)問(wèn)題。