采用電磁流量計(jì)開展熱水流量量傳的研究

通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了多個(gè)襯里材料分別為 PFA 和陶瓷的電磁流量計(jì)在熱水使用條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并開展了在不同溫度條件下計(jì)量性能的測(cè)試工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明襯里材料不同，電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性和溫度特性不同。其中陶瓷襯里的電磁流量計(jì)具有較好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，且不同介質(zhì)溫度條件下，計(jì)量性能的偏移較小。本文據(jù)此針對(duì)不同類型電磁流量計(jì)提出了開展熱水量傳的建議。

2000 年以來(lái)，在熱量表行業(yè)不斷發(fā)展的背景下，為了更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)熱水流量傳感器的計(jì)量性能，很多企業(yè)、事業(yè)單位開始研究、試制熱水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 ( 以下簡(jiǎn)稱熱水裝置) 。熱水裝置主要包括質(zhì)量法、標(biāo)準(zhǔn)表法兩類。質(zhì)量法裝置具有準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，但占地面積較大，能源消耗多，同時(shí)一次性投資較大。標(biāo)準(zhǔn)表法裝置在占地面積、能源消耗、投資等方面有優(yōu)勢(shì)，但標(biāo)準(zhǔn)表的長(zhǎng)期穩(wěn)定性沒(méi)有規(guī)律。所以為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確，很多開展熱量表檢定的實(shí)驗(yàn)室綜合了質(zhì)量法和標(biāo)準(zhǔn)表法，建立了熱水裝置，單獨(dú)建立標(biāo)準(zhǔn)表法裝置的實(shí)驗(yàn)室比較少。同時(shí)，2010 年以前供熱計(jì)量的主要關(guān)注點(diǎn)是分戶計(jì)量，所以熱水裝置主要用于對(duì) DN50 以下的熱量表進(jìn)行檢測(cè)。

2010 年以來(lái)，大口徑熱量表的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，促進(jìn)了熱水裝置的研制工作，并取得重大突破。國(guó)內(nèi)熱水裝置的擴(kuò)展不確定度從 0. 2% 提高到了 0. 1% ，個(gè) 別 的 達(dá) 到 0. 05% ，*** 大 流 量 從 40 m3 / h擴(kuò)展到了 600m3 / h。隨著熱計(jì)量改革工作的進(jìn)一步深入，熱量表的檢測(cè)工作量在逐步增加，熱力公司也提出需要檢測(cè)更大口徑的熱量表，如果還是建立質(zhì)量法裝置，在場(chǎng)地、投資方面都面臨困難。

從質(zhì)量法裝置到標(biāo)準(zhǔn)表法裝置再到熱量表，這樣一種量傳系統(tǒng)的建立，既可以充分發(fā)揮質(zhì)量法裝置高準(zhǔn)確度的特點(diǎn)，同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)表法裝置可以提高日常檢測(cè)的效率，降低對(duì)日常檢測(cè)裝置的要求，熱量表檢定部門的日常維護(hù)費(fèi)用也大幅度降低。但標(biāo)準(zhǔn)表在不同溫度下的計(jì)量性能會(huì)發(fā)生變化，長(zhǎng)期穩(wěn)定性也有待觀察。為了更好地利用標(biāo)準(zhǔn)表法裝置的優(yōu)點(diǎn)開展檢定工作，有必要深入研究標(biāo)準(zhǔn)表的特性。

1.電磁流量計(jì)計(jì)量性能的試驗(yàn)工作

北京市計(jì)量檢測(cè)科學(xué)研究院 ( 以下簡(jiǎn)稱北京院) 在籌建質(zhì)量法熱水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置過(guò)程中，購(gòu)置了 5 臺(tái)電磁流量計(jì)。表 1 是電磁流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)。

在安裝之前，技術(shù)人員于 2011 年 11 月對(duì)DN200 和 DN80 的電磁流量計(jì)進(jìn)行了冷水試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置為北京院靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，裝置的擴(kuò)展測(cè)量不確定度為 0. 05% 。當(dāng)時(shí)由于條件限制，沒(méi)有對(duì) DN15 的電磁流量計(jì)進(jìn)行冷水試驗(yàn)。

2013 年初北京院沙河實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量法裝置籌建工作基本完成。2013 年質(zhì)量法裝置處于運(yùn)行狀態(tài)，全年開展了檢測(cè)工作。數(shù)據(jù)人員于 2013 年 12月開展了對(duì) DN200、DN80、DN15 電磁流量計(jì)在20 ℃ 、50 ℃ 和 80 ℃ 水溫下的性能測(cè)試工作。采用的質(zhì)量法裝置在 85 ℃ 溫度條件下，擴(kuò)展測(cè)量不確定度為 0. 1% 。

2.DN200 和 DN80 電磁量計(jì)性能分析

DN200 和 DN80 電磁流量計(jì)為 PFA 內(nèi)襯，試驗(yàn)的結(jié)果可以一起來(lái)分析。

匯總 DN200 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 2 所示

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的總結(jié)，經(jīng)過(guò)兩年的時(shí)間，DN200 電磁流量計(jì) 20 ℃ 水溫條件的性能發(fā)生了明顯的變化，兩者的差距達(dá)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(nèi)趨勢(shì)相同，線性度約為 0. 1% 。在 0. 9 m / s 以上的流量范圍內(nèi)，20 ℃ 時(shí)誤差的平均值為 2. 83% 左右，50 ℃ 時(shí)誤差平均值為 2. 97% 左右，80 ℃ 時(shí)誤差平均值為 3. 09% 。

匯總 DN80 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 3 所示。

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的總結(jié)，經(jīng)過(guò)兩年的時(shí)間，

DN80 電磁流量計(jì) 20 ℃ 水溫條件的性能發(fā)生了明顯的變化，兩者的差距達(dá)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(nèi)趨勢(shì)相同，線性度為 0. 1% 。在 0. 9 m / s 以上的流量范圍內(nèi)，20 ℃ 時(shí)的誤差平均值在 0. 72% 左右，50 ℃ 時(shí)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(jì)的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯為 PFA 材料的電磁流量計(jì)，經(jīng)過(guò)兩年的運(yùn)行，不同程度地發(fā)生了計(jì)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(jì)的線性度較好，達(dá)到 0. 1 % 。不同溫度下，電磁流量計(jì)的計(jì)量曲線發(fā)生了偏移，但偏移方向和偏移量沒(méi)有規(guī)律可循。

3.DN15 電磁流量計(jì)計(jì)量性能分析

DN15 電磁流量計(jì)以陶瓷為襯里，轉(zhuǎn)換器部分與 DN200 和 DN80 的電磁流量計(jì)相同，表 4 是 DN15 電磁流量計(jì)性能分析。

由于在 2011 年 11 月沒(méi)有進(jìn)行試驗(yàn)，如果以0. 2 級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)衡量，經(jīng)過(guò)兩年的時(shí)間，電磁流量計(jì)20 ℃ 水溫條件的性能沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，仍然達(dá)到 0. 2 級(jí)的準(zhǔn)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(nèi)趨勢(shì)相同，線性度優(yōu)于 0. 1% ; 在 0. 5 m / s 以上的流量范圍內(nèi)，20 ℃ 時(shí)的誤差平均值在 0. 05% 左右，50 ℃ 時(shí)的誤差平均值在 0. 05% 左右，80 ℃ 時(shí)的誤差平均值在 0. 07% 。

4.對(duì)于采用電磁流量計(jì)開展量傳的一些思考

通過(guò)試驗(yàn)，我們對(duì)部分類型電磁流量計(jì)的計(jì)量性能進(jìn)行了評(píng)估，除了 1 臺(tái) DN15 的陶瓷襯里電磁流量計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好外，PFA 內(nèi)襯的電磁流量計(jì)都不同程度地發(fā)生了計(jì)量性能的偏移。在評(píng)估以電磁流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)表的熱水流量裝置測(cè)量不確定度的過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)表的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是一個(gè)重要的指標(biāo)。對(duì)于長(zhǎng)期穩(wěn)定性不好的標(biāo)準(zhǔn)表應(yīng)配建質(zhì)量法標(biāo)準(zhǔn)裝置同時(shí)確定合理的標(biāo)準(zhǔn)表溯源周期。

不同溫度下電磁流量計(jì)的計(jì)量性能會(huì)發(fā)生偏移，針對(duì)不同流量計(jì)偏移的情況不同。陶瓷襯里電磁流量計(jì)的偏移量較小。PFA 襯里的電磁流量計(jì)，介質(zhì)溫度從 20 ℃ 變化到 50 ℃ ，出現(xiàn)了從0. 14% 到 0. 25% 偏移量;  介質(zhì)溫度從 50 ℃ 變化到80 ℃ ，出現(xiàn)了 0. 12% 到 0. 14% 的偏移。同時(shí)兩臺(tái)流量計(jì)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(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表應(yīng)盡可能在使用溫度下標(biāo)定。對(duì)于以陶瓷為襯里的電磁流量計(jì)如果采用冷水標(biāo)定，在使用熱水時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮溫度變化引入的測(cè)量不確定度。

在熱量表檢測(cè)中，使用標(biāo)準(zhǔn)表法裝置存在著較多的優(yōu)點(diǎn)，但在被檢表準(zhǔn)確度較高或者標(biāo)準(zhǔn)表的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差的情況下，只能使用質(zhì)量法裝置。本文分析了標(biāo)準(zhǔn)表的計(jì)量特性，希望對(duì)不同類型的電磁流量計(jì)區(qū)分對(duì)待，鼓勵(lì)使用溫度性能較好的電磁流量計(jì)。為了穩(wěn)妥起見，對(duì)這種流量計(jì)初期還是通過(guò)熱水流量裝置開展標(biāo)準(zhǔn)表的量傳工作，并在日常使用過(guò)程中，鼓勵(lì)使用冷水質(zhì)量法裝置開展標(biāo)準(zhǔn)表的定期檢測(cè)，分析標(biāo)準(zhǔn)表的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。當(dāng)然在經(jīng)歷大量的數(shù)據(jù)積累后，如果我們對(duì)陶瓷流量計(jì)的認(rèn)識(shí)加深，可以確認(rèn)冷熱水性能具有規(guī)律性，也可以使用冷水質(zhì)量法裝置開展電磁流量計(jì)的量傳工作，在考慮到溫度變化引入的不確定度后應(yīng)用于熱量表的日常檢測(cè)工作。