电磁流量计示值误差校准不确定度评定.docx

电磁流量计示值误差校准不确定度评定.docx

《电磁流量计示值误差校准不确定度评定.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁流量计示值误差校准不确定度评定.docx（83页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

电磁流量计示值误差校准不确定度评定

电磁流量计示值误差校准不确定度评定

针对目前电磁流量计在出厂时只标注有允许误差或准确度等级，其不确定度未予表述这一现状，依据《电磁流量计检定规程》JJG1033-2007，进行水流量标准装置实流校验试验。

分别介绍了评定的测量依据、环境条件、测量标准、被测对象、测量过程以及评定结果的使用。

示值误差校准不确定度分析评定表明，该标定装置的不确定度对于电磁流量计的测量非常重要。

    0引言

    随着自动化工业的不断发展，电磁流量计应用不断扩展。

在各项工业系统中，它是过程控制或贸易结算中极为重要的仪器。

因此，电磁流量计校验必须在经法定计量部门检定认可的水流量标定装置上实流标定。

其校验误差是在相对特定标定装置上测得的，所以确定仪表标准误差的不确定度应是首先考虑的问题。

    目前，不少电磁流量计生产厂家在其选型资料上标明了自家生产仪表的精度，即允许的最大误差或准确度等级，而校准误差的不确定度未作说明。

当将仪表换台到其他台位上校验，将出现较大的偏差，这就是没有考虑流量标定装置不确定度因素（当然流量计的稳定性和重复性也是关键重要的因素）导致的结果。

    本文详细阐述了流量计示值误差不确定度评定的计算方法，并通过与中国计量科学研究院和上海市计量测试院进行比对试验，最终论证了计算方法的准确性。

    1校准不确定度评定

    本文主要介绍依据《电磁流量计检定规程》JJG1033-2007，对电磁流量计示值误差的测量结果的不确定度进行评定，通过严谨的标定实验以确保产品的精确度和可靠性。

    1.1标定实验要求

    依据《电磁流量计检定规程》JJG1033-2007，在校准的环境条件下，以最大流量为100m3/h、准确度等级为0.5%的DN80mm电磁流量计为被测对象。

测量标准与主要配套仪器设备为经上一级检测机构校准的DN40mm～DN150mm水流量标定装置，不确定度为0.041%（k=2）。

    符合上述条件的测量结果，一般可以直接使用本不确定度评定结果。

    1.2标定方法和数学模型

    在规定的环境条件下，按《电磁流量计检定规程》JJG1033-2007检定，以检定规程给出的示值误差表示式作为不确定度评定的数学模型，以循环水为介质，用静态质量法测量，将电磁流量计显示的累积流量值与标准装置的容积值（换算到流量计处状态的累积流量值）比较，计算得出电磁流量计相对示值误差如式

（1）所示。

（1）

    式中：

Eij为第i检定点第j次检定被检流量计的相对示值误差，%；Qij为第i检定点第j次检定时流量计显示的累积流量值，m3；（Qs）tf为第i检定点第j次检定时标准器换算到流量计处状态的累积流量值，m3。

    灵敏系数C的表达式为：

（2）

    传播率计算公式为：

       （3）

    由于所有输入量Qij、（Qs）ij彼此独立且不相关，故传播率公式简化后如式（4）所示。

       （4）

    1.3示值误差E的测量结果

    依据《电磁流量计检定规程》JJG1033-2007安装电磁流量计，检定流量点可分为5点（10%、25%、50%、75%、100%）。

每个流量检定点与设定流量的偏差应不超过±5%，每个流量检定点的重复检定次数应不少于3次。

    仪表校验记录结果如表1所示。

    2评定数据分析

    2.1误差不确定度

    被测电磁流量计示值误差E的不确定度来源于输入量Qij和标准装置输出（Qs）ij。

分析指出，主要不确定度源包括：

①输入量Qij测量的不重复性引入的相对不确定度urel（Qij）。

②标准装置输出（Qs）ij测量不准引起的相对不确定度urel（Qs）ij。

    2.1.1相对不确定度

   不确定评定方法分为A类和B类2种评定方法，该不确定度采用A类方法评定。

    取校验点100%处测得的3个误差，可得：

      （5）

    应用如式（6）所示的贝塞尔公式，计算单次实验标准差：

       （6）

    分别将该标准差代入测量所得的其他校验点各次流量计误差值，可以求出各校验点的实验标准差Sj，如表2所示。

    合并实验标准差Sprel为：

      （7）

    为了减小风险，取最大实验标准差作为相对不确定度urel（Qij），则：

      （8）

    自由度V1的表达式为：

      （9）

    2.1.2　相对不确定度

    DN40mm～DN150mm水流量标准装置经上海计量测试技术研究院华东国家计量测试中心校准（根据《液体流量标准装置检定规程》JJG164-2000），所得到的具体校准试验数据如表3所示。

    为了更好地反映装置的实际状况，并与实际应用相结合，换向器选用流量计法进行检定。

综合以上各设备的标准不确定度、液体流量标准装置的扩展不确定度，其给出的扩展不确定度为：

       （10）

    为了提高可靠程度，取置信概率p=95%，V2=50。

    3示值误差不确度评定

    测量的合成标准不确定度urel（E）：

       （11）

    有效自由度为：

      （12）

    取置信概率p=95%，按有效自由度Veff=35，查t分布表得k95=t95（35）=2.03，示值误差E测量结果的扩展标准不确定度U95rel为：

     （13）

    被测电磁流量计示值误差E=-0.40%，其扩展标准不确定度为：

    本公司将此台校验的电磁流量计送至中国计量科学研究院和上海市计量测试院进行比对试验，测量审核满意度公式如下：

       （14）

    该试验证实了本公司水流量标定装置与国家计量科学研究院和上海计量测量院的标定装置有同等级的不确定度。

    4结束语

    通过对流量计不确定度的评定，可以看出标定装置的不确定度对流量计测量精度的重要性。

标定装置的不确定度越高，越能真实地反映流量计的测量误差，也越能保证流量计出产时的精度，为用户提供可靠的保障。

因此，提高标定装置的不确定度对于开展流量计的检定工作和正常的生产工作来说是至关重要的一个方面。

    参考文献

    [1]国家计量技术规范.JJF1059-1999测量不确定度评定与表示[S].1999.

    [2]国家质量监督检验检疫总局，电磁流量计检定规程JJG1033-2007[S].2007.

    [3]国家技术监督局，JJG164-2000液体流量标准装置检定规程[S]，2000.

    [4]蔡武昌.流量测量方法和仪表的选用[M].北京：

化学工业出版社，2001.

    [5]苏彦勋.流量计量与测试[M].北京：

中国计量出版社，1992.

[6]顾克江.总量计量与流量测量的理论探讨[J].自动化仪表，2006，27（7）：

60-62.

浅谈电磁流量计运行期间的故障分析

发布时间：

2012-10-25来源：

互联网

我要说几句|  

»NIcRIO-9068软件定制控制器资源包»LabVIEW2013常用工具包集锦»LabVIEW2013评估版软件»数据采集技术趋势展望2013

通过电磁流量计的原理，了解电磁流量计是如何工作的，分析故障原因及解决方法，以便于问题的解决。

   1引言

   我公司的净化水、地表水、软水和深井水大都采用电磁流量计进行计量，由于水资源的紧张，仪表的计量显得更加重要，要求计量的准确性越来越高，通过对电磁流量计原理的了解及故障分析，我们能准确的避免故障的发生和出现故障后能够尽快解决，使水计量达到一个新的水平。

   2电磁流量计的原理

   电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。

它的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。

导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”，其值如下式：

   3电磁流量计运行期间的故障类型

   电磁流量计安装并正常运行一段时期后会出现一些故障，常见故障原因有：

流量传感器内壁附着层，雷击，线路的影响，电路板损坏，环境条件变化等因素。

   3.1雷击

   雷击在线路中感应瞬时高电压和电流，进入仪表就会损坏仪表。

雷电击损仪表有4条引入途径：

电源线，传感器与转换器间的流量信号线、励磁线和输出4-20mA信号线。

然而从雷电故障中损坏零部件的分析，引起故障的感应高电压和电流大部分是从控制室电源线路和输出信号线引入的，其他两条途径较少。

发生雷击时，不仅电磁流量计出现故障，而且和它相连的计量前端也可能出现雷击事故。

因此使用时要做好各种防护措施。

   3.2环境条件变化

   主要原因是管道杂散电流干扰，空间电磁波干扰，大电机磁场干扰等。

管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量，但如遇管道有强杂散电流不一定能克服，须采取流量传感器与管道绝缘的措施。

空间电磁波干扰一般经信号电缆引入，通常采用单层或多层屏蔽予以保护。

   3.3内壁附着层

   由于电磁流量计测量污水、河水和净化水时，含有悬浮物或污脏体，易出现内壁附着层而产生的故障。

若附着层电导率与液体电导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通面积，形成测量误差的隐性故障；若是高电导率附着层，电极间电动势将被短路；若是绝缘性附着层，电极表面被绝缘而断开测量电路，引起测量流量的减小。

本公司就曾经出现过此类的故障现象。

   3.4线路的影响

   由于线路受现场条件的影响，架设的线路可能出现被挂断和挖断的情况，导致电磁流量计不能正常计量。

   3.5电路板损坏

   除雷击以外，电源电压过大，仪表进水或部件老化都可能引起电路板的损坏。

   4 流量测量值与实际值不符时的原因及检查

   4.1故障原因

   引起测量流量与实际测量不符的故障原因，大体上可归纳成以下5个方面。

（1）转换器参数设置不准确；

（2）传感器安装位置不妥，未满管或液体中含有气泡；

   （3）未处理好信号电缆或使用过程中电缆绝缘下降；

   （4）传感器下游流动状况不符合要求；

   （5）传感器极间电阻变化或电极绝缘下降。

   4.2故障检查和采取措施

（1）复核转换器参数值，检查零点、满度值。

我公司就出现传感器系数被修改的现象导致计量失真。

（2）查管道充是否不满管和含有气泡。

本类故障主要是管网工程设计不良或相关设备不完善所引起的，对传感器进行改造。

   （3）检查信号电缆系统。

检查连接电缆匹配是否适当？

连接是否正确？

绝缘是否下降？

通常人们检查电磁流量计测量流量不符的故障原因，往往忽视连接传感器和转换器之间的电缆系统，每个生产厂家生产的仪表对电缆的要求是不一样的。

例如经常遇到以下事例：

①将所附整根电缆割断后重新连接，使用一阶段后连接处吸入潮气，绝缘下降；②信号线末端未处理好，内屏蔽层、外屏蔽层和信号线相互间有短接，或与外壳短接；③不用规定型号（或所附）的电缆；（④电缆长度超过受液体电导率制约的长度上限；⑤液体电导率较低而传感器和转换器相距较远，未按规定使用专用屏蔽电缆。

   4.3调查传感器上游流动状况，检查传感器测量道内壁状况

（1）传感器上游流动状况常因受安装空间限制，偏离规定要求，如无法满足足够长度的直管段，这些会引入影响测量准确的因素。

特别是接近传感器上游设置调节阀或未全开的闸阀，可以改动传感器的安装位置。

（2）内壁存在淤积层或管壁被磨损，从而改变流通面积，影响测量值。

这类故障的出现只有在运行一段时期后才会出现。

流量传感器上游流动状况偏离要求的原因绝大部分是工程设计将传感器安装在不适当位置所致；但也发生过工程设计的安装情况良好，但运行一段时间后，却出现较大误差。

   4.4检测电极与液体间接触电阻和电极绝缘

   电极与液体接触电阻主要取决于接触面积和液体电导率。

一般结构电极在测量电导率为5×10-6S/cm的蒸馏水时电阻值为几百千欧，电导率为150×10-6S/cm的生活和工业用水约为几十千欧，电导率为1×10-2S/cm的盐水约为几百欧。

用万用表在充满液体时测量电极接触电阻，虽然只是确定大体的值，却是判断管壁状况较方便的方法。

电磁流量传感器的电极接触电阻最好在新装仪表调试时即测量并记录在案，以后每次维护时均作测量（作分析比较测得各次电阻值，必须是用同一型号万用表，同一测量档的测量值），分析比较将有助于今后判断仪表故障，省略从管道上卸下流量传感器进行检查。

如所测电极接触电阻值比以前增加，说明电极表面被绝缘层覆盖或部分覆盖；如比以前电阻值减少，说明电极和衬里表面附着导电沉积层。

通常要求电极绝缘电阻大于100兆欧姆，若检查结果确实是绝缘破坏，则只能调换传感器。

检查电极绝缘的方法是先卸下流量传感器，放空液体，用布擦干衬里内表面，并用电吹风机吹干。

然后用500VDC兆欧表，分别测试两电极对地电阻。

然而绝缘下降的原因，往往是地接线柱等浸水受潮所致，有时候用电吹风排除潮气即可恢复绝缘。

   5小结

   近年来，面对日益紧张的水资源，对计量的准确度也在不断提高要求。

随着电磁流量计的使用越来越广泛，这就需要我们仪表维护人员对电磁流量计的故障判断及检查非常熟，能够节省我们的工作时间，极大的提高我们的工作效率。

电磁流量计在污水处理厂的应用

发布时间：

2012-10-25来源：

互联网

我要说几句|  

»NIcRIO-9068软件定制控制器资源包»LabVIEW2013常用工具包集锦»LabVIEW2013评估版软件»数据采集技术趋势展望2013

介绍了电磁流量计的工作原理及特点，对流量计在应用过程中出现的一系列问题进行了分析，即传感器选型、安装位置选择、投运、故障等，并提出了相应的解决方案。

电磁流量计自2008年5月投入使用以来，效果显著。

   0 引言

    随着全球人口急剧增长，工业发展迅速，全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。

应对这种情况，我国政府将在“十一五”期间投资3000亿元新建、改建数千座污水处理厂，以推进城市污水处理和利用，污染减排。

在这样的大背景下，安徽省黄山市正投资兴建某污水处理厂，目前已建成日处理水15000m3污水一期工程，担负着生活、工业污水净化的重要任务，改善水体环境质量，使黄山市成为一座山清水秀的城市。

    2004年前，黄山市基本上没有大型污水集中处理厂等设施，更别提用于污水流量检测的流量计了。

在污水处理过程中，原污水的流量是一个需要检测的关键参数。

因原污水是含有颗粒、悬浮物、固液混合、具有腐蚀性的介质，而电磁流量计最大特点是能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（如泥浆）或纤维液体的流量，因此，该污水处理厂采用了2台电磁流量计，用于原污水的流量计量。

    1电磁流量计的工作原理

    电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力运动时，其两端产生感应电动势E为：

（1）

    式中，K为仪表常数；B为磁感应强度（T）；v为导体运动平均速度m/s；D为管道内径（m）。

图1电磁流量计工作原理

    电磁流量计工作原理和结构如图1所示，由流量传感器和转换器两大部分组成。

    测量流量时，导电性液体相当于法拉第试验中的导电金属棒，以平均速度v流过垂直于流动方向的磁场。

导电性液体的流动，在测量电极上感应出与平均流速成正比的电压。

其感应电压信号E通过一对或一对以上的与液体直接接触的电极检测出来。

    根据流体的体积流量公式为

（2）

    由公式

（2）可知，Q与v是成正比的一一对应函数，那么E与Q也是成正比的一一对应函数，测出了感应电压E也即测出了介质的体积流量Q。

    测出的感应电压E由电缆送至转换器，通过智能化处理，然后LCD显示，或转换成标准信号4～20mA输出。

    2 电磁流量计特点

（1）测量管道内无阻力元件，没有附加的压力损失，不易发生堵塞，具有显著的节能意义；

（2）测量管道内无可动部件，不易磨损，因此传感器寿命长；

    （3）传感器所需的直管段较短，方便安装；

    （4）合理选择电极和内衬材料，可耐腐蚀和耐磨损；

    （5）双向测量系统，可测正反向流量；

    （6）流量的测量为体积流量，不受流量的密度、粘度、温度、压力、和电导率变化的影响；

    （7）传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，测量精度高（±0.3～-0.5％），量程比宽（1：

150）。

    3电磁流量计选型

    仪表的选型很重要，有关资料表明，仪表在实际应用中有2/3的故障是仪表选型错误或使用不当造成的，因此，在确定选用电磁流量计之后，还应根据不同的工艺、环境、测量、介质等综合考虑。

    3.1口径选择

    根据该污水处理厂提供的工艺管道直径、管道压力及污水流速，选择口径D=600mm的电磁流量计，现场不需要缩管和扩管。

    3.2内衬、电极材料选择

    电磁流量计主要用于测电导率≥5μS/cm的流体流量，应根据被测物质的腐蚀性、磨损性、温度及凝结性等特点和价格承受能力，应选择不同内衬、电极材料。

    电磁流量计的内衬材料有：

耐腐蚀性中等、耐一般低浓度的酸、碱、盐的氯丁橡胶材料，耐磨损性强而耐腐蚀性能一般的聚氨脂橡胶，耐腐蚀性能强和适于温度高的聚四氟乙烯，化学性质等同于聚四氟乙烯的抗拉、抗压聚全氟乙丙烯，耐稀酸、碱、盐的温度＜60℃的聚乙烯和温度＜100℃的聚苯硫醚等。

    电极材料装于其管道内壁，与被测物质直接接触，故应根据被测物质的腐蚀性选定。

电磁流量计电极的材料有：

耐盐和小于50%浓度碱溶液的鈦（Ti）电极，耐酸和盐的钽（Ta）电极，耐腐蚀能力强的贵金属铂电极，不适于盐酸的哈氏合金C电极和不适于硝酸的哈氏合金B电极，耐腐蚀能力一般、但价格低廉的不锈钢316L等。

    根据该污水处理厂主要处理生活废水及工业废水，再考虑用户能接受的价格，选用氯丁橡胶材料内衬和不锈钢316L材料电极。

    3.3防护等级的选定

    根据国家标准，传感器有IP65喷水型和IP68潜水型两种防护等级，根据用户实际安装地点在低矮的井道中，所以传感器选IP68防尘潜水型。

    3.4附加功能的选择    

（1）对于选定的基本型，电磁流量计已带LCD显示、4～20mA电流输出和0～1KHz频率输出，根据流量计和计算机通讯的要求，需增加RS-485通讯口功能，

（2）对于传感器安装在地面以下，应选择分体型。

    4电磁流量计的安装和调试

    4.1安装要领

（1）安装点选择在管道最低处在确认被测物质流向之后，安装点要选择在任何时候测量导管内都能充满液体，以防止由于测量导管内无液而指示不在零位所引起的误差如图2所示。

图2电磁流量计安装

（2）直管段保证在前5D后3D

    为获得仪表测量精确度，在传感器上游侧的直管段长度不小于5D，下游侧不小于3D（D为传感器的名义直径）。

若在传感器上游侧有两个以上的弯头或其它阻流件，则前置直管段应大于10D。

    （3）信号电极在水平方向

   水平安装时要使电极轴线平行于地平线，因为处于底部的电极易被沉淀物覆盖，被测介质中偶存气泡擦过遮住电极表面，使输出信号波动。

    （4）尽量避开振动源、磁源（大功率电机、变压器）

   由于电磁流量计的测量感应电压很小，电压较低，易受外界电磁噪声的影响，故在安装时应进行可靠的接地连（跨）接。

金属管道电磁流量计接地连（跨）接方法如图3所示。

图3电磁流量计接地

    4.2转换器安装和调试

    一体化电磁流量计无单独安装转换器，分体式转换器安装在传感器附近或仪表室，场所选择余地较大，环境条件好些。

转换器和传感器间距离受制于被测介质电导率和信号电缆型号，即电缆的分布电容、导线截面和屏蔽层数、用制造厂仪表所附（或规定型号）的信号电缆。

电导率较低传输距离较长时，应用二层屏蔽电缆。

    为了避免干扰信号，信号电缆必须单独穿过接地保护钢管内，不能把信号电缆和电源线安装在同一钢管内。

    功能性调试时，由智能转换器对仪表分别进行参数的读取，临界值报警试验等，然后进行流量系数值的写入。

    5仪表投运及故障处理

    电磁流量计在投运前，应对管道及流量计进行彻底检查，包括管道杂物等清理，电极处干燥处理。

还包括电气线路的检查，首先应对线路的接地进行检测，确保接地可靠后，还需进行绝缘电阻及接地电阻测试。

    该电磁流量计正常投运一年多来，基本上未出现故障，但是一年后，出现工作异常，具体表现为测量值变大或变小，或者是不停地波动，且经现场检查，已排除管道不满管、介质含气等现象的可能性，发现这类问题的出现可能是与电缆线故障有关。

因为流量计随管道埋敷在地下，传感器具有IP68防护结构，转换器安装在仪表箱或室内，两者通过电缆连接，由于地面沉陷，山区环境潮湿等现场情况的变化，传感器和转换器未彻底做好电缆接头处的防潮（防水）等处理，恰逢该接头处于一个潮湿的环境，如仪表井、电缆沟等，潮气侵入电缆接头，都有造成如下的可能：

（1）信号线对地绝缘下降，引起信号衰减，最终是测量结果偏小；

（2）信号电缆连接处接触电阻变大，使测量值变小，若该接触电阻不稳定，则测量值无法稳定，且易引入干扰；

    （3）励磁线圈对地绝缘下降，造成测量结果偏小；

    （4）信号线励磁线对地绝缘性能下降，使得测量结果远大于正常的数据，如这种干扰不稳定，对仪表的影响也变化不定，继而出现波动；

    （5）励磁回路电缆连接处接触电阻变大，使转换器的励磁回路处于非恒流工作区域，励磁电流下降，同样造成测量结果偏小，若该接触电阻不稳定，则测量值出现波动。

    判别这类异常情况，因发生在信号回路，判断有一定难度，只有深入现场，在排除流量计其它可能性故障后，就应检查电缆是否有问题，现场仪表维护人员只要把现场的励磁回路电阻测量值与厂方提供的数据作比较，测试接地电阻，逐步判定问题所在，继而采取措施，或更换整根电缆，或保持电缆接头处干燥等。

    6结束语

    由于电磁流量计运行环境较为复杂，影响其正常工作的因素众多，调试技术需要不断总结和更新。

总之，只要我们合理选用、正确安装电磁流量计，并采取有效的措施加以维护，就能避免或减少故障的发生，延长仪表的使用寿命，为生产提供准确可靠的计量数据。

    在现代化的污水处理工艺中，配备流量检测仪表，构成可靠的自动控制系统，使污水水质达到常规的排放标准，造福人类。

    参考文献

    1 梁国伟，蔡武昌.流量测量技术及仪表[M].北京：

机械工业出版社，2005

    2 蔡武昌，马中元，瞿国芳等.电磁流量计［M］.北京：

中国石化出版社，2004

    3石海林，朱自明.电磁流量计常见故障检测判别及其解决方法［J］.自动化仪表，2005，26（8）：

57～60

    4佟彤.电磁流量计的安装使用及常见故障［J］.黑龙江造纸，2008，1：

58～59

    5 蔡武昌.电磁流量计使用中常见和罕见故障例［J］.自动化仪表，2001，22

（1）28～30

    6马瑞敏.电磁流量计在淡浓碱计量方面的应