摘要(yao)： 大口徑(jing)電磁流(liu)量計 使(shi)用中很(hen)難送往(wang)實驗室(shi)檢定,現(xian)在通常(chang)采取的(de)是使用(yong)同級别(bie)超聲波(bo)流量計(ji)進行現(xian)場校準(zhun)。而受限(xian)于現場(chang)環🏃‍♀️境、安(an)裝位置(zhi)等🐪因素(su)對兩種(zhong)流量計(ji)測量結(jie)果的影(ying)響，校準(zhun)結果往(wang)往需要(yao)根據校(xiao)準實際(ji)情況進(jin)行符合(he)性研究(jiu),使校準(zhun)工作變(bian)得有😍意(yi)義。
0引言(yan)
　　随着政(zheng)府及社(she)會對于(yu)水資源(yuan)重視程(cheng)度的提(ti)高,供😄水(shui)企業本(ben)身對于(yu)供水環(huan)節經濟(ji)核算的(de)要求,使(shi)得大口(kou)徑的流(liu)量計需(xu)⭐求日⭐益(yi)增加。與(yu)此同時(shi)，污水處(chu)理量的(de)增長也(ye)使得許(xu)多污水(shui)處理廠(chang)紛紛選(xuan)擇使用(yong)大口徑(jing)💯流量計(ji)作爲計(ji)量端口(kou)。污水電(dian)磁流量(liang)計 因其(qi)無壓力(li)損失且(qie)不受管(guan)道内流(liu)體密度(du)、黏度、溫(wen)度等因(yin)素的影(ying)響,成爲(wei)污水處(chu)理企業(ye)的首選(xuan)。
　　大口徑(jing)電磁流(liu)量計的(de)在線使(shi)用數量(liang)十分龐(pang)大,精🈚度(du)♻️等級-般(ban)爲0.5級或(huo)1.0級。對于(yu) 電磁流(liu)量計 ,國(guo)家有《JJG1033--2007電(dian)磁流量(liang)計》檢定(ding)規程,規(gui)程規定(ding)需将被(bei)檢電🎯磁(ci)流☀️量計(ji)🧡安裝在(zai)液體流(liu)量标準(zhun)裝置上(shang)進行檢(jian)定。這就(jiu)要求使(shi)用企❌業(ye)先停止(zhi)處理污(wu)水,然後(hou)将流量(liang)計從管(guan)道上拆(chai)卸下來(lai),送到法(fa)定計量(liang)機構進(jin)行檢定(ding)。這在🔅實(shi)際狀況(kuang)下是極(ji)其困難(nan)的,時間(jian)和經濟(ji)上都不(bu)允許。因(yin)此,大部(bu)分企業(ye)隻能選(xuan)擇在線(xian)校準模(mo)式對流(liu)量計進(jin)行誤差(cha)驗證🔞。
　　由(you)于現場(chang)管道的(de)封閉性(xing),使用嵌(qian)人式或(huo)插人式(shi)的⭕标準(zhun)器進行(hang)校準是(shi)不可行(hang)的,而外(wai)夾式的(de) 液體超(chao)聲波流(liu)量計 精(jing)度往往(wang)劣于被(bei)校電磁(ci)流量計(ji)。綜合以(yi)上因素(su),目前國(guo)内對大(da)口徑電(dian)磁流量(liang)計現場(chang)校準通(tong)常采用(yong)相同🔞精(jing)度💘等級(ji)的外夾(jia)式超聲(sheng)波流量(liang)計作爲(wei)标準器(qi)進行比(bi)較,即讓(rang)超聲波(bo)流量計(ji)與被校(xiao)準電磁(ci)流量計(ji)串聯在(zai)現場管(guan)🏃🏻‍♂️道中,同(tong)步讀取(qu)兩者的(de)示值。
　　檢(jian)測人員(yuan)在出具(ju)校準證(zheng)書時給(gei)出兩種(zhong)流量計(ji)的示值(zhi)并評定(ding)測量結(jie)果的不(bu)确定度(du)。現在出(chu)現了一(yi)個普遍(bian)性💜的問(wen)題:校準(zhun)的示值(zhi)誤差經(jing)常大大(da)超過被(bei)校流量(liang)計的最(zui)大允許(xu)誤差,且(qie)不确定(ding)度分析(xi)不夠全(quan)面。原🥰因(yin)在于一(yi)方面标(biao)準器的(de)精度等(deng)級與被(bei)校流量(liang)計平🔞級(ji),示值誤(wu)差期望(wang)本身就(jiu)🚶‍♀️比較大(da);另一方(fang)面,流量(liang)計本♊身(shen)之外的(de)因素🔆對(dui)測量結(jie)果也🛀有(you)比較大(da)的影響(xiang),如環🏒境(jing)條件、介(jie)質、安裝(zhuang)🍓位置等(deng)。
　　很多用(yong)戶購買(mai)流量計(ji)後,把流(liu)量計的(de)精度誤(wu)認爲整(zheng)個流🏃‍♀️量(liang)體系的(de)精度。校(xiao)準的數(shu)據偏離(li)就讓許(xu)多用戶(hu)産生疑(yi)問甚至(zhi)糾紛,這(zhe)就導緻(zhi)了校準(zhun)數據常(chang)🌍常讓使(shi)用方無(wu)法判斷(duan)示值誤(wu)差是否(fou)準确,也(ye)無法精(jing)确修正(zheng)誤差,更(geng)不能實(shi)現溯🔅源(yuan)性,校準(zhun)就失去(qu)了意義(yi)。
　　國家目(mu)前沒有(you)電磁流(liu)量計的(de)校準規(gui)範,所以(yi)檢測人(ren)💯員在校(xiao)準電磁(ci)流量計(ji)時往往(wang)參照電(dian)磁流量(liang)計檢定(ding)規程。問(wen)題在于(yu),檢定電(dian)磁流量(liang)計時是(shi)在實驗(yan)室環境(jing)下進行(hang),然而現(xian)場校準(zhun)時的管(guan)道、安裝(zhuang)距離🏃等(deng)條件并(bing)非如實(shi)驗室裏(li)那樣🈲理(li)想,按照(zhao)檢定規(gui)程📧的方(fang)法校準(zhun)電磁流(liu)量計,得(de)到的測(ce)量結果(guo)是否有(you)效?所以(yi)檢測人(ren)員往往(wang)隻能給(gei)出現場(chang)環境下(xia)的校準(zhun)結果,而(er)無法對(dui)校準的(de)符合性(xing)進行判(pan)斷。
1.電磁(ci)流量計(ji)現場校(xiao)準符合(he)性研究(jiu)的必.要(yao)性
　　根據(ju)《JJF1094-2002測量儀(yi)器特性(xing)評定》要(yao)求,對測(ce)量儀器(qi)特性進(jin)🔴行符合(he)性評定(ding)時,若評(ping)定示.值(zhi)誤差的(de)不确定(ding)度U95與被(bei)校測量(liang)儀器最(zui)大允許(xu)誤差的(de)絕對值(zhi)MPEV滿足關(guan)系U95≤1/3MPEV時,可(ke)不📧3'考慮(lü)示值誤(wu)差評定(ding)的測量(liang)不😍确定(ding)度的影(ying)響，是否(fou)合格的(de)判定依(yi)據如表(biao)1所示。



　　MPEV參(can)照說明(ming)書或出(chu)廠檢定(ding),是已知(zhi)的值,而(er)示值誤(wu)差🔞一旦(dan)校☎️準完(wan)💋成也可(ke)以确定(ding),因此U95的(de)評估至(zhi)關重要(yao)。目前而(er)言,校準(zhun)👨‍❤️‍👨結果的(de)不确定(ding)度評估(gu)往往僅(jin)考慮💃🏻實(shi)驗室環(huan)境下，隻(zhi)對測量(liang)結果的(de)重複性(xing)、标準器(qi)示🙇🏻值誤(wu)差帶來(lai)的不确(que)定度進(jin)行🍉評定(ding),忽略了(le)現場環(huan)境下電(dian)磁流量(liang)計安裝(zhuang)在💚較差(cha)狀态的(de)管道或(huo)現場✏️安(an)裝條件(jian)達不到(dao)要求時(shi),其它各(ge)種因素(su)帶來的(de)不确定(ding)度影✍️響(xiang)。
　　對現場(chang)檢測結(jie)果如何(he)進行評(ping)估?是一(yi)直困擾(rao)着檢⭐測(ce)技術⭕人(ren)員🤟的難(nan)題。這裏(li)提出研(yan)究其符(fu)合性,可(ke)以判斷(duan)✨測量結(jie)果是否(fou)🎯在可💋控(kong)範圍内(nei)，校準是(shi)否有效(xiao)。進行符(fu)🏒合性評(ping)定的同(tong)時,能幫(bang)💃助用戶(hu)理解校(xiao)準結果(guo)消除疑(yi)慮,亦可(ke)有效分(fen)析出問(wen)題所在(zai)🔞,使得使(shi)用👈方更(geng)容易對(dui)症下藥(yao)進行🐕整(zheng)改。
2流量(liang)計原理(li)
2.1電磁流(liu)量計
　　電(dian)磁流量(liang)計是應(ying)用法拉(la)第電磁(ci)感應原(yuan)理,根據(ju):導電🔞流(liu)體通過(guo)外加磁(ci)場時感(gan)生的電(dian)動勢來(lai)測量導(dao)電流體(ti)流量的(de)一種🏃‍♂️儀(yi)器。體積(ji)流量q.與(yu)産生的(de)電動勢(shi)成正比(bi),檢測電(dian)動勢信(xin)号即可(ke)求出對(dui)應流量(liang)值。
2.2超聲(sheng)波流計(ji)
　　超聲波(bo)流量計(ji) 現場校(xiao)準一般(ban)使用外(wai)夾式時(shi)差法超(chao)聲波流(liu)量計。在(zai)規定位(wei)置安裝(zhuang)兩個超(chao)聲波換(huan)能器相(xiang)互發射(she)超聲波(bo)信号,使(shi)聲波在(zai)流體中(zhong)傳播,順(shun)流方向(xiang)聲波傳(chuan)播速度(du)會增大(da),逆流方(fang)🛀🏻向則減(jian)㊙️小。同一(yi)🚩傳播距(ju)離就有(you)不同的(de)⚽傳播時(shi)間,利用(yong)傳播🔱速(su)度之差(cha)與被測(ce)流🐅體流(liu)速之關(guan)系求取(qu)流速🛀🏻，再(zai)根據流(liu)體截面(mian)積計算(suan)🐪出體積(ji)流量。
3符(fu)合性評(ping)定來源(yuan)和影響(xiang)因素
　　雖(sui)然标準(zhun)器與被(bei)檢儀表(biao)在同一(yi)個管道(dao)中，介質(zhi)的物🛀🏻理(li)性質、環(huan)境條件(jian)和安裝(zhuang)位置基(ji)本相同(tong),但同樣(yang)的因♍素(su)對不同(tong)種類的(de)流量計(ji)影響卻(que)不一樣(yang)。這就決(jue)定了🐅兩(liang)個精度(du)相近的(de)流量㊙️計(ji)在相同(tong)條件下(xia)測量結(jie)果可能(neng)相差很(hen)🙇🏻大，這些(xie)會導緻(zhi)校準結(jie)果偏移(yi)的因素(su)就是符(fu)合性評(ping)定的來(lai)源。
3.1必須(xu)符合的(de)因素
3.1.1是(shi)否滿管(guan)的影響(xiang)
　　電磁流(liu)量計和(he)超聲波(bo)流量計(ji)都屬于(yu)速度式(shi)流量計(ji),測量得(de)到的是(shi)管道内(nei)的平均(jun)流速,再(zai)根據管(guan)道截面(mian)積計算(suan)出流量(liang)值。然而(er)當管道(dao)内流體(ti)不是滿(man)管狀态(tai)時,實際(ji)🔞流體截(jie)面積小(xiao)于滿管(guan)時的流(liu)體截👌面(mian)積,測量(liang)的結果(guo)就會偏(pian)離很大(da)。所以測(ce)✔️量前一(yi)定🤟要确(que)認流體(ti)是否處(chu)于滿♻️管(guan)流動狀(zhuang)态🤟,對于(yu)非滿管(guan)的管道(dao),無法⚽進(jin)行有效(xiao)的校準(zhun)測量。
3.1.2安(an)裝位置(zhi)的影響(xiang)
　　在流量(liang)計安裝(zhuang)位置的(de)下遊應(ying)有一定(ding)的背壓(ya),才能🔞确(que)保流體(ti)充滿管(guan)道。一般(ban)的安裝(zhuang)位置有(you)四種:高(gao)位水平(ping)🈲安裝、低(di)位🔞水平(ping)安裝、垂(chui)直向下(xia)安裝和(he)垂直向(xiang)❌上安裝(zhuang)。如圖1所(suo)✉️示,其中(zhong)高位水(shui)平安裝(zhuang)和垂直(zhi)向下安(an)裝極容(rong)易導緻(zhi)流體非(fei)滿管的(de)情況,隻(zhi)允許垂(chui)直向上(shang)安裝和(he)📧低位水(shui)平安裝(zhuang)。

3.2需要附(fu)加進行(hang)評定的(de)因素
3.2.1前(qian)後直管(guan)段的影(ying)響
　　流量(liang)計保證(zheng)儀表安(an)裝前後(hou)有一定(ding)長度的(de)直管段(duan),以👈确保(bao)流體到(dao)達被檢(jian)儀表時(shi)管道截(jie)面流速(su)軸對🌈稱(cheng)分布。對(dui)于電磁(ci)流量計(ji),當流體(ti)流速分(fen)布不均(jun)勻🏃🏻時,每(mei)個流動(dong)質點相(xiang)對于電(dian)極幾何(he)位置的(de)不同,對(dui)電極所(suo)産生的(de)感應👌電(dian)動勢的(de)㊙️大小也(ye)不同,測(ce)量結果(guo)就會有(you)偏💛差。
　　超(chao)聲波流(liu)量計對(dui)直管段(duan)要求相(xiang)比于電(dian)磁流量(liang)計更加(jia)苛刻,當(dang)流體不(bu)穩定時(shi),對聲波(bo)傳播速(su)度和方(fang)向影響(xiang)很✉️大。在(zai)前後直(zhi)管段相(xiang)同的情(qing)況下，兩(liang)種流量(liang)計的測(ce)量誤差(cha)也不一(yi)樣。
3.2.2介質(zhi)的影響(xiang)
　　當介質(zhi)爲含有(you)雜質的(de)污水時(shi),會有化(hua)學、生物(wu)、物理污(wu)‼️染物😍的(de)📞影響。對(dui)于電磁(ci)流量計(ji),-些沉澱(dian)物會附(fu)着在電(dian)磁流量(liang)計電極(ji)表面,常(chang)常引起(qi)零點變(bian)動,故必(bi)須确認(ren)是否周(zhou)💁期性清(qing)理,未定(ding)❗期清理(li)的電磁(ci)流量計(ji)會帶有(you)🔞附加誤(wu)差。
　　污水(shui)流動過(guo)程中比(bi)淨水更(geng)容易産(chan)生氣泡(pao)，污水中(zhong)的固體(ti)顆粒👉、生(sheng)物因子(zi)、氣泡會(hui)嚴重阻(zu)礙超聲(sheng)波的傳(chuan)播和信(xin)号接收(shou),對超聲(sheng)波流量(liang)計的測(ce)量精度(du)影響是(shi)非❌常嚴(yan)重的。
3.2.3漸(jian)擴管和(he)漸縮管(guan)的影響(xiang)
　　當管道(dao)設計與(yu)電磁流(liu)量計口(kou)徑選型(xing)不符時(shi),常常使(shi)用💞漸變(bian)管進行(hang)變徑。根(gen)據試驗(yan)研究,角(jiao)度小于(yu)15°、直管段(duan)💰距離大(da)于5D(D爲管(guan)☎️道直徑(jing))的漸擴(kuo)管和漸(jian)縮管對(dui)流體狀(zhuang)态幾乎(hu)🙇‍♀️沒有影(ying)響;而角(jiao)度大于(yu)15或直管(guan)段距離(li)小于5D時(shi)💁,應當考(kao)慮漸擴(kuo)管和漸(jian)縮管對(dui)測量結(jie)果的影(ying)響。
3.2.4管道(dao)狀态的(de)影響
　　管(guan)道的缺(que)陷一般(ban)包括:管(guan)道外部(bu)起鏽或(huo)附着污(wu)泥,導緻(zhi)外徑測(ce)量偏大(da);管道類(lei)型爲卷(juan)鋼,有焊(han)接痕迹(ji)🐆突起,導(dao)緻外徑(jing)🤩測量偏(pian)大;管道(dao)老化内(nei)部有鏽(xiu)層，導緻(zhi)内徑實(shi)際值偏(pian)小，流量(liang)随之偏(pian)小。
　　電磁(ci)流量計(ji)與超聲(sheng)波流量(liang)計流量(liang)計算原(yuan)理同爲(wei)流🍉體平(ping)均流速(su)乘以流(liu)體截面(mian)積，因此(ci)内徑偏(pian)差導緻(zhi)的流體(ti)截面積(ji)誤差會(hui)對兩種(zhong)流量計(ji)造成影(ying)響。超聲(sheng)波🐪流量(liang)計安裝(zhuang)時需要(yao)測量管(guan)道✌️外徑(jing),壁厚的(de)測量隻(zhi)在打磨(mo)處進行(hang),因爲内(nei)徑=外徑(jing)-壁厚,此(ci)時要考(kao)慮外徑(jing)測量偏(pian)大的影(ying)🆚響。
3.2.5超聲(sheng)波流量(liang)計換能(neng)器安裝(zhuang)距離的(de)影響
　　參(can)考文獻(xian)中的試(shi)驗結果(guo),超聲波(bo)流量計(ji)換能器(qi)安裝距(ju)♌離🈚的偏(pian)🔴差也會(hui)導緻測(ce)量結果(guo)有誤差(cha)。當傳感(gan)♊器之間(jian)的安裝(zhuang)距離的(de)相⭐對誤(wu)差爲4.7%時(shi),流量相(xiang)對誤♋差(cha)爲10.7%;管道(dao)内徑相(xiang)對誤🏃差(cha)爲-3.3%時🔴,流(liu)量相對(dui)誤差爲(wei)-5.5%。因此安(an)裝距離(li)對于超(chao)聲波流(liu)量計的(de)影響是(shi)非常大(da)的。須根(gen)據有無(wu)換能器(qi)安裝标(biao)尺,現場(chang)🎯操作等(deng)因素🐅評(ping)估誤差(cha)。
3.2.6其它因(yin)素影響(xiang)
　　測量過(guo)程中還(hai)有其它(ta)因素會(hui)導緻測(ce)量結果(guo)的失準(zhun),如:電磁(ci)流量計(ji)周圍磁(ci)場影響(xiang)、電磁流(liu)量計遠(yuan)傳線路(lu)🏃‍♂️過長對(dui)信号影(ying)響、噪音(yin)對超聲(sheng)波流量(liang)計的聲(sheng)波影響(xiang)、流量計(ji)離泵過(guo)近(小于(yu)📱30D距離)帶(dai)來的流(liu)場不均(jun)勻的影(ying)響等。這(zhe)些都是(shi)無法現(xian)場量化(hua)的誤差(cha)來源,應(ying)盡量避(bi)免，消除(chu)産生誤(wu)差的可(ke)能✔️性。
4評(ping)估與計(ji)算
　　用戶(hu)關心的(de)是現場(chang)環境下(xia)流量的(de)測量是(shi)否準确(que)🌏。由于缺(que)乏專業(ye)性,用戶(hu)會認爲(wei)校準結(jie)果中的(de)示值誤(wu)差就應(ying)該代表(biao)流量測(ce)量時流(liu)量計的(de)準确性(xing),經常對(dui)證書給(gei)出的不(bu)确定度(du)置🚩之不(bu)理。
　　除了(le)前文提(ti)到的測(ce)量結果(guo)的重複(fu)性、标準(zhun)器示值(zhi)誤差引(yin)起的不(bu)确定度(du)u1、u2,引入各(ge)種幹擾(rao)因子的(de)不确定(ding)度分量(liang)應附加(jia)到校準(zhun)🛀結果中(zhong),根據需(xu)要附加(jia)進行評(ping)定的因(yin)素,有u3、u4、u5、u6等(deng)。得到:

5結(jie)論
　　最後(hou)評估的(de)U95根據現(xian)場環境(jing)與測量(liang)過程一(yi)般在1.0%~4.0%之(zhi)間。當🚶|0|≤MPEV+Uqs時(shi),校準符(fu)合性判(pan)斷不合(he)格;當MPEV-U95≤|O|≤MPEV+U95時(shi),根據《JJF1094--2002測(ce)量儀器(qi)特❗性評(ping)定》定義(yi),校準符(fu)合性結(jie)果屬于(yu)待定。即(ji)可以通(tong)過采用(yong)精度更(geng)高☎️的測(ce)量标準(zhun)、改善環(huan)境條件(jian)、增加測(ce)量次數(shu)和改變(bian)測量方(fang)法等措(cuo)施,以降(jiang)低測🏃🏻量(liang)不确定(ding)度評定(ding)。然而限(xian)制于校(xiao)準方法(fa)的困乏(fa)、标準器(qi)精度的(de)局限、現(xian)場環境(jing)的客觀(guan)存在,不(bu)确定度(du)的評定(ding)始終無(wu)法達到(dao)U95≤1/3MPEV的程度(du),測量誤(wu)差也基(ji)本不可(ke)能滿足(zu)|Δ|≤MPEV-U95,那麽對(dui)電磁流(liu)量計的(de)校準符(fu)合性研(yan)究結果(guo)隻能停(ting)留在待(dai)定與不(bu)合格之(zhi)間。

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