現(xiàn)場校準(zhǔn)電磁流量計測量污水的結(jié)果準(zhǔn)確率分析

現(xiàn)場校準(zhǔn)電磁流量計測量污水的結(jié)果準(zhǔn)確率分析

1 電磁流量計現(xiàn)場校準(zhǔn)符合性研究的必要性根據(jù)《JJF 1094—2002 測量儀器特性評定》要求，對測量儀器特性進(jìn)行符合性評定時，若評定示值誤差的不確定度 U95與被校測量儀器最大允許誤差的值 MPEV 滿足關(guān)系 U95≤1/(根號3) MPEV 時，可不考慮示值誤差評定的測量不確定度的影響，是否合格的判定。

對現(xiàn)場檢測結(jié)果如何進(jìn)行評估? 是一直困擾著檢測技術(shù)人員的難題。這里提出研究其符合性，可以判斷測量結(jié)果是否在可控范圍內(nèi)，校準(zhǔn)是否有效。進(jìn)行符合性評定的同時，能幫助用戶理解校準(zhǔn)結(jié)果、消除疑慮，亦可有效分析出問題所在，使得使用方更容易對癥下藥進(jìn)行整改。

2 流量計原理

2. 1 電磁流量計

電磁流量計是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)原理，根據(jù)導(dǎo)電流體通過外加磁場時感生的電動勢來測量導(dǎo)電流體流量的一種儀器。體積流量 qv 與產(chǎn)生的電動勢成正比，檢測電動勢信號即可求出對應(yīng)流量值。

2. 2 超聲波流量計

超聲波流量計現(xiàn)場校準(zhǔn)一般使用外夾式時差法超聲波流量計。在規(guī)定位置安裝兩個超聲波換能器相互發(fā)射超聲波信號，使聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小。同一傳播距離就有不同的傳播時間，利用傳播速度之差與被測流體流速之關(guān)系求取流速，再根據(jù)流體截面積計算出體積流量。

3 符合性評定來源和影響因素

雖然標(biāo)準(zhǔn)器與被檢儀表在同一個管道中，介質(zhì)的物理性質(zhì)、環(huán)境條件和安裝位置基本相同，但同樣的因素對不同種類的流量計影響卻不一樣。這就決定了兩個準(zhǔn)確度相近的流量計在相同條件下測量結(jié)果可能相差很大，這些會導(dǎo)致校準(zhǔn)結(jié)果偏移的因素就是符合性評定的來源。

3. 1 必須符合的因素

3. 1. 1 是否滿管的影響

電磁流量計和超聲波流量計都屬于速度式流量計，測量得到的是管道內(nèi)的平均流速，再根據(jù)管道截面積計算出流量值。然而當(dāng)管道內(nèi)流體不是滿管狀態(tài)時，實際流體截面積小于滿管時的流體截面積，測量的結(jié)果就會偏離很大。所以測量前一定要確認(rèn)流體是否處于滿管流動狀態(tài)，對于非滿管的管道，無法進(jìn)行有效的校準(zhǔn)測量。

3. 1. 2 安裝位置的影響

在流量計安裝位置的下游應(yīng)有一定的背壓，才能確保流體充滿管道。一般的安裝位置有四種: 高位水平安裝、低位水平安裝、垂直向下安裝和垂直向上安裝。如圖 1 所示，其中高位水平安裝和垂直向下安裝極容易導(dǎo)致流體非滿管的情況，只允許垂直向上安裝和低位水平安裝。

3. 2 需要附加進(jìn)行評定的因素

3. 2. 1 前后直管段的影響

流量計保證儀表安裝前后有一定長度的直管段，以確保流體到達(dá)被檢儀表時管道截面流速軸對稱分布。對于電磁流量計，當(dāng)流體流速分布不均勻時，每個流動質(zhì)點相對于電極幾何位置的不同，對電極所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小也不同，測量結(jié)果就會有偏差。

超聲波流量計對直管段要求相比于電磁流量計更加苛刻，當(dāng)流體不穩(wěn)定時，對聲波傳播速度和方向影響很大。在前后直管段相同的情況下，兩種流量計的測量誤差也不一樣。

3. 2. 2 介質(zhì)的影響

當(dāng)介質(zhì)為含有雜質(zhì)的污水時，會有化學(xué)、生物、物理污染物的影響。對于電磁流量計，一些沉淀物會附著在電磁流量計電極表面，常常引起零點變動，故必須確認(rèn)是否周期性清理，未定期清理的電磁流量計會帶有附加誤差。

污水流動過程中比凈水更容易產(chǎn)生氣泡，污水中的固體顆粒、生物因子、氣泡會嚴(yán)重阻礙超聲波的傳播和信號接收，對超聲波流量計的測量準(zhǔn)確度影響是非常嚴(yán)重的。

3. 2. 3 漸擴(kuò)管和漸縮管的影響

當(dāng)管道設(shè)計與電磁流量計口徑選型不符時，常常使用漸變管進(jìn)行變徑。根據(jù)試驗研究，角度小于15°、直管段距離大于 5D( D 為管道直徑) 的漸擴(kuò)管和漸縮管對流體狀態(tài)幾乎沒有影響; 而角度大于15°或直管段距離小于 5D 時，應(yīng)當(dāng)考慮漸擴(kuò)管和漸縮管對測量結(jié)果的影響。

3. 2. 4 管道狀態(tài)的影響

管道的缺陷一般包括: 管道外部起銹或附著污泥，導(dǎo)致外徑測量偏大; 管道類型為卷鋼，有焊接痕跡突起，導(dǎo)致外徑測量偏大; 管道老化內(nèi)部有銹層，導(dǎo)致內(nèi)徑實際值偏小，流量隨之偏小。電磁流量計與超聲波流量計流量計算原理同為流體平均流速乘以流體截面積，因此內(nèi)徑偏差導(dǎo)致的流體截面積誤差會對兩種流量計造成影響。

超聲波流量計安裝時需要測量管道外徑，壁厚的測量只在打磨處進(jìn)行，因為內(nèi)徑 = 外徑 － 壁厚，此時要考慮外徑測量偏大的影響。

3. 2. 5 超聲波流量計換能器安裝距離的影響

參考文獻(xiàn)中的試驗結(jié)果，超聲波流量計換能器安裝距離的偏差也會導(dǎo)致測量結(jié)果有誤差。當(dāng)傳感器之間的安裝距離的相對誤差為 4. 7% 時，流量相對誤差為 10. 7% ; 管道內(nèi)徑相對誤差為 － 3. 3%時，流量相對誤差為 － 5. 5% 。因此安裝距離對于超聲波流量計的影響是非常大的。須根據(jù)有無換能器安裝標(biāo)尺，現(xiàn)場操作等因素評估誤差。

3. 2. 6 其它因素影響

測量過程中還有其它因素會導(dǎo)致測量結(jié)果的失準(zhǔn)，如: 電磁流量計周圍磁場影響、電磁流量計遠(yuǎn)傳線路過長對信號影響、噪音對超聲波流量計的聲波影響、流量計離泵過近( 小于 30D 距離) 帶來的流場不均勻的影響等。這些都是無法現(xiàn)場量化的誤差來源，應(yīng)盡量避免，消除產(chǎn)生誤差的可能性。

4 評估與計算

用戶關(guān)心的是現(xiàn)場環(huán)境下流量的測量是否準(zhǔn)確。由于缺乏專業(yè)性，用戶會認(rèn)為校準(zhǔn)結(jié)果中的示值誤差就應(yīng)該代表流量測量時流量計的準(zhǔn)確性，經(jīng)常對證書給出的不確定度置之不理。除了前文提到的測量結(jié)果的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)器示值誤差引起的不確定度 u1、u2，引入各種干擾因子的不確定度分量應(yīng)附加到校準(zhǔn)結(jié)果中，根據(jù)需要附加進(jìn)行評定的因素，有 u3、u4、u5、u6 等。得到:

5 結(jié)論

最后評估的 U95根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境與測量過程一般在 1. 0% ～ 4. 0% 之間。當(dāng) Δ ≤MPEV + U95 時，校準(zhǔn)符合性判斷不合格; 當(dāng) MPEV － U95≤ Δ ≤MPEV+ U95時，根據(jù)《JJF 1094—2002 測量儀器特性評定》定義，校準(zhǔn)符合性結(jié)果屬于待定。即可以通過采用準(zhǔn)確度更高的測量標(biāo)準(zhǔn)、改善環(huán)境條件、增加測量次數(shù)和改變測量方法等措施，以降低測量不確定度評定。然而限制于校準(zhǔn)方法的困乏、標(biāo)準(zhǔn)器精度的局限、現(xiàn)場環(huán)境的客觀存在，不確定度的評定始終

無法達(dá)到 U95≤1/3 MPEV 的程度，測量誤差也基本不可能滿足 Δ ≤MPEV － U95，那么對電磁流量計的校準(zhǔn)符合性研究結(jié)果只能停留在待定與不合格之間。介于污水用大口徑電磁流量計的校準(zhǔn)現(xiàn)狀，我們認(rèn)為符合性處于待定區(qū)間的校準(zhǔn)過程是有意義的，使用方可以依照校準(zhǔn)證書進(jìn)行參考