電磁流量計特征系數(shù)的修正實驗與誤差分析

摘要：介紹電磁流量計的工作原理，給出電磁流量計特征系數(shù)的修正公式。以水為實驗介質(zhì)，基于靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置，研究了介質(zhì)溫度對電磁流量計特征系數(shù)的影響。結(jié)果表明：當流體溫度在16.7～30.0℃時，電磁流量計相對示值誤差在±0.13％以內(nèi)，介質(zhì)溫度的影響可以忽略；當流體溫度在30~63℃時，介質(zhì)溫度的影響不能忽略。將修正后的特征系數(shù)應(yīng)用于電磁流量計測量實驗中，得到DN80mm和DN100ram電磁流量計的相對示值誤差的*大值為O.03％，滿足實驗要求。

電磁流量計的測量通道是-段無阻流件的光滑直管，不易阻塞，因此適用于測量含有固體顆粒或纖維的固液兩相流量。電磁流量計因具有壓力損失相對較小、量程范圍和口徑范圍寬、反應(yīng)靈敏、可測量瞬時脈動流量及可測量正反兩個方向的流量等特點，已廣泛應(yīng)用于高溫化工工業(yè)現(xiàn)場中，實現(xiàn)對各種導電液體的流量測量。

目前，電磁流量計的出廠檢驗與檢定工作是在實驗室常溫參考條件下進行的，但實際工業(yè)現(xiàn)場通常是高溫環(huán)境，與實驗室參考條件有較大偏離，由此對電磁流量計造成的測量誤差尚不明確。盡管學者們對電磁流量計進行了大量研究分析。，但很少涉及到流體介質(zhì)溫度變化對電磁流量計測量誤差的影響。2017年，許瑞祥對3個不同品*的電磁流量計進行了實驗研究，提出高精度電磁流量計會受到介質(zhì)溫度的影響。為了使檢定和計量工作更加科學合理，筆者結(jié)合電磁流量計的工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用條件，應(yīng)用**蒸汽流量計量站靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置，就介質(zhì)溫度對電磁流量計特征系數(shù)的影響進行實驗研究。

1電磁流量計的工作原理

在感應(yīng)強度為的磁場中，垂直于磁場方向放置-個內(nèi)徑為D的不導磁管道，根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律，當導電液體在管道中以流速n流動時，導電流體將切割磁感線，導體兩端將產(chǎn)生感生電動勢E，即：

定義K為電磁流量計的特征系數(shù)，該系數(shù)通常由實流標定得到。然而當介質(zhì)溫度升高時：流體在管道中的流場分布情況會發(fā)生變化；流體粘度變小，流速增大；傳感器通徑會發(fā)生變化?；诖耍P者重點研究介質(zhì)溫度對電磁流量計特征系數(shù)的影響。

2電磁流量計特征系數(shù)的修正

特征系數(shù)的主要任務(wù)是將外在環(huán)境因素引起的測量誤差、傳感器測量管內(nèi)徑誤差、磁感應(yīng)強度誤差、流速分布非軸對稱性和電磁流量計制作工藝引起的誤差，代入特征系數(shù)表達式并予以修正。

以電磁流量計為例，其工作方式為脈沖輸出，輸出頻率5kHz，設(shè)電磁流量計的脈沖系數(shù)(單位體積的被測介質(zhì)滿管經(jīng)過電磁流量計時發(fā)出的脈沖數(shù))K0′=150000m-3。選用靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置進行實驗，測試溫度范圍為16.7～63.0℃，待被測介質(zhì)溫度和流量穩(wěn)定后，在實測時間間隔內(nèi)收集到的被測液體重量為(Wa)ij經(jīng)過被測液體密度和空氣浮力修正計算得到的標準體積為(V8)ij。設(shè)被測電磁流量計*i個流量點*j次實測時間間隔輸出的脈沖數(shù)為N′ij則*i個流量點*j次實測的脈沖系數(shù)K′ij為：

某溫度點電磁流量計的相對示值誤差E為流量計在該溫度下，各流量點的相對示值誤差的*大值。

3實驗與誤差分析

3.1實驗方案

采用**蒸汽流量計量站靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置進行實驗研究，流量測量范圍1～600m-3／h，擴展不確定度Urel=0.05％(k=2)。以水

為實驗介質(zhì)，選取DN80mm和DN100mm的0.5級電磁流量計，每個測試點測量3次，共180次測試，研究電磁流量計特征系數(shù)隨溫度變化的特性。具體實驗方案見表1。

3.2實驗數(shù)據(jù)與誤差分析

*先，在常溫16.7℃下對被測流量計進行標定，得到標定后的脈沖系數(shù)K′0，并修正初始特征系數(shù)K0′。對流量計的特征系數(shù)進行修改后，得到DN80mm電磁流量計的特征系數(shù)為0.9205，脈沖系數(shù)為150000m-3；DN100mm電磁流量計的特征系數(shù)為1.1313，脈沖系數(shù)為90000m-3。

利用蒸汽對水箱中的水進行換熱，以達到目標溫度；利用流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)到目標流量后即可進行測試。實驗結(jié)果如圖1所示，其中K表示被測電磁流量計*i個流量點*次實測的脈沖系數(shù)修正后的特征系數(shù)?？梢钥闯?，高溫對被測電磁流量計特征系數(shù)的影響較明顯，DN100mm電磁流量計的特征系數(shù)在高低溫處的*大變化量為0.9％。特征系數(shù)在溫度變化范圍內(nèi)的整體趨勢可以分為以下3個階段：

a.當流體介質(zhì)溫度在l6.7—30.0℃時，與相比K略減小，但變化不明顯，可以忽略；

b.當流體介質(zhì)溫度在30～55℃時，與Kn相比K繼續(xù)減小，但K仍趨于穩(wěn)定；

c.當流體介質(zhì)溫度高于55℃時，特征系數(shù)Kt在階段b的基礎(chǔ)上再減小。

由圖2可以看出，DN80mm和DN100mm電磁流量計*i個流量點*j次實測的特征系數(shù)Kij的相對誤差上限分別為0.23％和0.25％，相對誤差下限分別為-0.51％和-0.65％。

根據(jù)JJG1033—2007，DN80mm和DN100mm電磁流量計在不同溫度下的相對示值誤差和重復性見表2。可以看出，當流體溫度在16.7—30.0℃時，電磁流量計的相對示值誤差在40.13％以內(nèi)，筆者認為在此溫度范圍內(nèi)，介質(zhì)溫度變化對電磁流量計的影響可以忽略。當流體溫度在30～63℃時，電磁流量計的相對示值誤差正差偏，*大誤差為0.60％，對于DN100mm的電磁流量計，其相對示值誤差已經(jīng)超出了0.5級電磁流量計的精度范圍。因此，當電磁流量計用于高溫環(huán)境的高精度測量時，介質(zhì)溫度的影響-定不能忽略。

根據(jù)上述分析，當流體溫度在30～55℃時，DN80mm電磁流量計特征系數(shù)的修正值△80=-0.0015，DN100mm電磁流量計特征系數(shù)的修正值△100=-0.0019；當流體溫度高于55℃時，△80=-0.0018，△100=-0.0034。因此可以得到，當流體溫度高于30℃時，電磁流量計特征系數(shù)K=Ko+△。將修正后的特征系數(shù)應(yīng)用于電磁流量計測量實驗中，得到DN80mm和DN100mm電磁流量計的相對示值誤差*大值為0.03％。

4結(jié)束語

采用**蒸汽流量計量站靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置，選取DN80mm和DN100mm的0.5級電磁流量計，研究了電磁流量計特征系數(shù)隨溫度變化的特性。當流體溫度在16.7～30.0℃時，電磁流量計相對示值誤差在±0.13％以內(nèi)，介質(zhì)溫度變化對電磁流量計的影響可以忽略。當流體溫度在30～63℃時，電磁流量計相對示值誤差正偏，*大誤差為0.60％，對于DN100mm電磁流量計，其相對示值誤差已經(jīng)超出了0.5級電磁流量計的精度范圍。由于本次實驗測試數(shù)據(jù)有限，且流體溫度僅測試到63℃，不能直接給出介質(zhì)溫度與電磁流量計特征系數(shù)的修正公式，故后續(xù)仍需對該課題做深入研究。