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        采用電磁流量計開展熱水流量量傳的研究

        來源:北京市計量檢測科學研究院熱工所和化工所作者:張立謙 ,張麗和 ,施 鑫 【北京市計量檢測科學研究院熱工所發表時間:2017-07-18 11:22:01

                 摘要: 通過實驗評價了多個襯里材料分別為 PFA 和陶瓷的電磁流量計在熱水使用條件下的長期穩定性,并開展了在不同溫度條件下計量性能的測試工作。實驗結果表明襯里材料不同,電磁流量計的穩定性和溫度特性不同。其中陶瓷襯里的電磁流量計具有較好的長期穩定性,且不同介質溫度條件下,計量性能的偏移較小。本文據此針對不同類型電磁流量計提出了開展熱水量傳的建議。

         
                 2000 年以來,在熱量表行業不斷發展的背景下,為了更準確地評價熱水流量傳感器的計量性能,很多企業、事業單位開始研究、試制熱水流量標準裝置 (以下簡稱熱水裝置)。熱水裝置主要包括質量法、標準表法兩類。質量法裝置具有準確度高,穩定性好的特點,但占地面積較大,能源消耗多,同時一次性投資較大。標準表法裝置在占地面積、能源消耗、投資等方面有優勢,但標準表的長期穩定性沒有規律。所以為了保證測量的準確,很多開展熱量表檢定的實驗室綜合了質量法和標準表法,建立了熱水裝置,單獨建立標準表法裝置的實驗室比較少。同時,2010 年以前供熱計量的主要關注點是分戶計量,所以熱水裝置主要用于對 DN50 以下的熱量表進行檢測。
         
                 2010 年以來,大口徑熱量表的應用越來越廣泛,促進了熱水裝置的研制工作,并取得重大突破。國內熱水裝置的擴展不確定度從 0. 2% 提高到了 0. 1%,個 別 的 達 到 0. 05%,** 大 流 量 從40 m 3 /h擴展到了 600m 3 /h。隨著熱計量改革工作的進一步深入,熱量表的檢測工作量在逐步增加,熱力公司也提出需要檢測更大口徑的熱量表,如果還是建立質量法裝置,在場地、投資方面都面臨困難。
         
                 從質量法裝置到標準表法裝置再到熱量表,這樣一種量傳系統的建立,既可以充分發揮質量法裝置高準確度的特點,同時使用標準表法裝置可以提高日常檢測的效率,降低對日常檢測裝置的要求,熱量表檢定部門的日常維護費用也大幅度降低。但標準表在不同溫度下的計量性能會發生變化,長期穩定性也有待觀察。為了更好地利用標準表法裝置的優點開展檢定工作,有必要深入研究標準表的特性。
         
        1 電磁流量計計量性能的試驗工作
                 北京市計量檢測科學研究院 (以下簡稱北京院) 在籌建質量法熱水流量標準裝置過程中,購置了5 臺電磁流量計。表1 是電磁流量計的技術參數。
        電磁流量計的技術參數
                 在安裝之前,技術人員于 2011 年 11 月對DN200 和 DN80 的電磁流量計進行了冷水試驗。試驗裝置為北京院靜態容積法水流量標準裝置,裝置的擴展測量不確定度為 0. 05%。當時由于條件限制,沒有對 DN15 的電磁流量計進行冷水試驗。2013 年初北京院沙河實驗室的質量法裝置籌建工作基本完成。2013 年質量法裝置處于運行狀態,全年開展了檢測工作。數據人員于 2013 年 12月開展了對 DN200、DN80、DN15 電磁流量計在20 ℃、50 ℃和 80 ℃水溫下的性能測試工作。采用
        的質量法裝置在 85 ℃溫度條件下,擴展測量不確定度為 0. 1%。
         
        2 DN200 和 DN80 電磁量計性能分析
                 DN200 和 DN80 電磁流量計為 PFA 內襯,試驗的結果可以一起來分析。匯總 DN200 的試驗數據如表 2 所示。
        DN200 電磁流量計試驗結果
                 通過對以上數據的總結,經過兩年的時間,DN200 電磁流量計 20 ℃水溫條件的性能發生了明顯的變化,兩者的差距達到了 3%。不同水溫條件下的性能曲線,在 0. 9 m/s 以上的流量范圍內趨勢相同,線性度約為 0. 1%。在 0. 9 m/s 以上的流量范圍內,20 ℃ 時誤差的平均值為 2. 83% 左右,50 ℃時誤差平均值為 2. 97% 左右,80 ℃時誤差平均值為 3. 09%。
         
                 匯總 DN80 的試驗數據如表 3 所示。
        DN80 電磁流量計試驗結果
                 通過對以上數據的總結,經過兩年的時間,DN80 電磁流量計 20 ℃ 水溫條件的性能發生了明顯的變化,兩者的差距達到了 0. 8%。不同水溫條件下的性能曲線,在 0. 9 m/s 以上的流量范圍內趨勢相同,線性度為 0. 1%。在 0. 9 m/s 以上的流量范圍內,20 ℃ 時的誤差平均值在 0. 72% 左右,50 ℃時的誤差平均值為 0. 47% 左右,80 ℃曲線的平均值在 0. 33%。
         
                 綜合 DN200 和 DN80 電磁流量計的數據,我們發現內襯為 PFA 材料的電磁流量計,經過兩年的運行,不同程度地發生了計量性能的偏移,偏 移 量 范 圍 0. 8% ~ 3% 。在 流 量 范 圍0. 9 m/s的流量以上,電磁流量計的線性度較好,達到 0. 1% 。不同溫度下,電磁流量計的計量曲線發生了偏移,但偏移方向和偏移量沒有規律可循。
         
        3 DN15 電磁流量計計量性能分析
                 DN15 電磁流量計以陶瓷為襯里,轉換器部分與 DN200 和 DN80 的電磁流量計相同,表 4 是DN15 電磁流量計性能分析。
        DN15 電磁流量計試驗結果
                 由于在 2011 年 11 月沒有進行試驗,如果以0. 2 級的標準衡量,經過兩年的時間,電磁流量計20 ℃水溫條件的性能沒有發生明顯的變化,仍然達到 0. 2 級的準確度。不同水溫條件下的性能曲線,在 0. 5 m/s 以上的流量范圍內趨勢相同,線性度優于 0. 1%; 在 0. 5 m/s 以上的流量范圍內,20 ℃時的誤差平均值在 0. 05% 左右,50 ℃時的誤差平均值在 0. 05% 左右,80 ℃ 時的誤差平均值在 0. 07%。
         
        4 對于采用電磁流量計開展量傳的一些思考
                 通過試驗,我們對部分類型電磁流量計的計量性能進行了評估,除了 1 臺 DN15 的陶瓷襯里電磁流量計的長期穩定性較好外,PFA 內襯的電磁流量計都不同程度地發生了計量性能的偏移。在評估以電磁流量計為標準表的熱水流量裝置測量不確定度的過程中,標準表的長期穩定性是一個重要的指標。對于長期穩定性不好的標準表應配建質量法標準裝置同時確定合理的標準表溯源周期。
         
                 不同溫度下電磁流量計的計量性能會發生偏移,針對不同流量計偏移的情況不同。陶瓷襯里電磁流量計的偏移量較小。PFA 襯里的電磁流量計,介質溫度從 20 ℃ 變化到 50 ℃,出現了從0. 14%到 0. 25%偏移量; 介質溫度從 50 ℃變化到80 ℃,出現了 0. 12%到 0. 14% 的偏移。同時兩臺流量計在不同溫度下偏移的方向不同。所以以PFA 為襯里的電磁流量計作為標準表應盡可能在使用溫度下標定。對于以陶瓷為襯里的電磁流量計如果采用冷水標定,在使用熱水時,應適當考慮溫度變化引入的測量不確定度。
         
                 在熱量表檢測中,使用標準表法裝置存在著較多的優點,但在被檢表準確度較高或者標準表的長期穩定性較差的情況下,只能使用質量法裝
        置。
         
                 本文分析了標準表的計量特性,希望對不同類型的電磁流量計區分對待,鼓勵使用溫度性能較好的電磁流量計。為了穩妥起見,對這種流量計初期還是通過熱水流量裝置開展標準表的量傳工作,并在日常使用過程中,鼓勵使用冷水質量法裝置開展標準表的定期檢測,分析標準表的長期穩定性。當然在經歷大量的數據積累后,如果我們對陶瓷流量計的認識加深,可以確認冷熱水性能具有規律性,也可以使用冷水質量法裝置開展電磁流量計的量傳工作,在考慮到溫度變化引入的不確定度后應用于熱量表的日常檢測工作。

         

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