電磁流量計(jì)校準(zhǔn)方法
——修正因子θ法

馬力 任學(xué)弟 陳超 秦亭亭 / ．上海交通大學(xué)；．上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

電磁流量計(jì)校準(zhǔn)方法
——修正因子θ法

馬力1任學(xué)弟2陳超2秦亭亭2/ 1．上海交通大學(xué)；2．上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

針對(duì)可調(diào)K系數(shù)的電磁流量計(jì)的周期性校準(zhǔn)工作，依據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 1033-2007《電磁流量計(jì)》的要求，研究了電磁流量計(jì)線(xiàn)性特征，引入系數(shù)修正因子θ，介紹了在不對(duì)流量計(jì)的線(xiàn)性度調(diào)整而僅對(duì)其斜率K進(jìn)行調(diào)整的前提下，將流量計(jì)的最大誤差調(diào)整到當(dāng)前線(xiàn)性最優(yōu)情況的一種快速有效的方法。

電磁流量計(jì)；校準(zhǔn)方法；線(xiàn)性特征；K系數(shù)；系數(shù)修正因子θ

0 引言

電磁流量計(jì)作為一種應(yīng)用電磁感應(yīng)定律的新型流量計(jì)，由于其各方面性能都比較均衡的特性，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為各行各業(yè)液體流量計(jì)量的主流流量計(jì)。上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院，自建成擴(kuò)展不確定度為U = 0.05%（k = 2）的靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和U = 0.20%（k = 2）的標(biāo)準(zhǔn)表法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置后，每年均完成千余臺(tái)電磁流量計(jì)的檢定和校準(zhǔn)工作。在實(shí)際工作中，絕大多數(shù)經(jīng)過(guò)一遍完整的示值誤差項(xiàng)目檢測(cè)過(guò)程之后被發(fā)現(xiàn)示值誤差超差的電磁流量計(jì)，通過(guò)分析觀(guān)測(cè)和計(jì)算得出其線(xiàn)性度并沒(méi)有超差，符合其銘牌的準(zhǔn)確度等級(jí)的要求，僅僅是流量計(jì)線(xiàn)性整體發(fā)生了偏移，通過(guò)調(diào)整表內(nèi)K系數(shù)的數(shù)值，可以將流量計(jì)調(diào)整至規(guī)定要求范圍內(nèi)。本文通過(guò)研究電磁流量計(jì)的線(xiàn)性特征，通過(guò)理論推導(dǎo)，找到一種快速將流量計(jì)調(diào)整至最優(yōu)的方法——修正因子θ法。

1 電磁流量計(jì)的線(xiàn)性特征

隨機(jī)選取30臺(tái)0.5級(jí)量程比為1∶10的電磁流量計(jì)進(jìn)行示值誤差項(xiàng)目的校準(zhǔn)，依據(jù)JJG 1033-2007《電磁流量計(jì)》國(guó)家檢定規(guī)程[1]，使用靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)每臺(tái)電磁流量計(jì)qmax、75%qmax、50%qmax、25%qmax和qmin流量點(diǎn)分別進(jìn)行逐點(diǎn)每點(diǎn)三次的測(cè)試，測(cè)試完成后對(duì)每點(diǎn)的平均示值誤差進(jìn)行計(jì)算。

經(jīng)過(guò)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，30臺(tái)電磁流量計(jì)中，示值誤差極值出現(xiàn)在qmax和qmin流量點(diǎn)的概率為60%。

計(jì)算30臺(tái)流量計(jì)的各流量點(diǎn)的平均示值誤差。得出的誤差數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 30臺(tái)流量計(jì)平均示值誤差表

根據(jù)表1繪制流量計(jì)特征曲線(xiàn)，如圖1所示。

圖1 30臺(tái)電磁流量計(jì)平均線(xiàn)性圖

可以看出，這些電磁流量計(jì)的平均示值誤差的線(xiàn)性是基本平直的，并且其正誤差最大點(diǎn)和負(fù)誤差最大點(diǎn)分別出現(xiàn)在100%qmax和qmin上。由于這些流量計(jì)是隨機(jī)選取的電磁流量計(jì)，其線(xiàn)性特征也可以看作這類(lèi)電磁流量計(jì)的線(xiàn)性特征。

2 電磁流量計(jì)的校準(zhǔn)

通過(guò)電磁流量計(jì)的線(xiàn)性特征分析，可采用以下簡(jiǎn)便方法對(duì)電磁流量計(jì)的K系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，校準(zhǔn)電磁流量計(jì)。

2.1 電磁流量計(jì)的輸出流量qv和儀表系數(shù)K之間的關(guān)系

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)電磁流量計(jì)內(nèi)的導(dǎo)電液體沿著測(cè)量軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由兩個(gè)電極檢出，其數(shù)值大小與流速成正比，為

式中：ε——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；

B——磁感應(yīng)強(qiáng)度；

v——導(dǎo)電液體平均流速；

D——電極間距；

K——儀表系數(shù)

式中：qv——被測(cè)流量計(jì)流量示值

將式（1）代入式（2），得

可見(jiàn)儀表系數(shù)K與流量示值qv成正比。

2.2 引入被測(cè)電磁流量計(jì)的K系數(shù)修正因子θ

引入K系數(shù)的修正因子θ，它與調(diào)整前后的K系數(shù)滿(mǎn)足關(guān)系

式中：Kt——被測(cè)流量計(jì)調(diào)整后的K系數(shù)；

K0——被測(cè)流量計(jì)調(diào)整前的K系數(shù)；

θ——K系數(shù)修正因子

2.3 電磁流量計(jì)的示值誤差

電磁流量計(jì)的示值誤差公式

式中：E——單點(diǎn)示值誤差；

qs——標(biāo)準(zhǔn)流量值

2.4 計(jì)算被測(cè)電磁流量計(jì)的K系數(shù)修正因子θ

被測(cè)流量計(jì)經(jīng)過(guò)qmax、75%qmax、50%qmax、25%qmax和qmin流量點(diǎn)的示值誤差檢測(cè)，找出所有流量點(diǎn)中示值誤差的最大值，記為Emax0；找出所有流量點(diǎn)中示值誤差的最小值，記為Emin0。

假設(shè)在不調(diào)整被測(cè)流量計(jì)線(xiàn)性的前提下，將被測(cè)流量計(jì)調(diào)整至最優(yōu)狀態(tài)時(shí)，此時(shí)被測(cè)流量計(jì)所有流量點(diǎn)中示值誤差的最大值，記為Emaxt；被測(cè)流量計(jì)所有流量點(diǎn)示值誤差的最小值，記為Emint。

其關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足Emaxt= -Emint，則

調(diào)整前和調(diào)整后，應(yīng)滿(mǎn)足方程組

式中：qv1、qv2、qv3、和qv4——被測(cè)流量計(jì)出現(xiàn)Emax0、Emin0、Emaxt和Emint的流量點(diǎn)的示值；

qs1、qs2、qs3、和qs4——標(biāo)準(zhǔn)器出現(xiàn)Emax0、Emin0、Emaxt和Emint的流量點(diǎn)的示值；

ε1、ε2、ε3和ε4——被測(cè)流量計(jì)出現(xiàn)Emax0、Emin0、Emaxt和Emint的流量點(diǎn)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值

式（7）+式（8），式（9）+式（10）=（6），得

將式（11）、式（12）代入式（4），得

則有修正因子θ的計(jì)算公式

由電磁流量計(jì)線(xiàn)性特征得出的結(jié)論

式中：Eqmax——被測(cè)電磁流量計(jì)最大流量點(diǎn)的示值誤差；

Eqmin——被測(cè)電磁流量計(jì)最小流量點(diǎn)的示值誤差

則得出修正因子θ的簡(jiǎn)便計(jì)算公式

3 電磁流量計(jì)系數(shù)修正實(shí)例

選取一臺(tái)未進(jìn)行修正的電磁流量計(jì)，進(jìn)行示值誤差檢測(cè)，得到誤差數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 流量計(jì)修正前誤差表

得到修正因子

得到修正后的系數(shù)

Kt= K0θ = K0×1.002 05

顯然，由Kt得到理論修正后誤差數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 流量計(jì)理論修正后誤差表

而對(duì)電磁流量計(jì)實(shí)測(cè)后，根據(jù)實(shí)測(cè)的儀表系數(shù)得到的修正后誤差數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 流量計(jì)實(shí)際修正后誤差表

把表2、表3、表4中的修正前、理論值和實(shí)際值的誤差曲線(xiàn)圖放在同一圖中，如圖2所示。

圖2 流量計(jì)誤差曲線(xiàn)比較圖

從圖2可見(jiàn)，修正后流量計(jì)的示值誤差符合0.5級(jí)要求，修正結(jié)果和理論修正值重合性良好。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)電磁流量計(jì)周期性校準(zhǔn)工作，根據(jù)對(duì)若干臺(tái)電磁流量計(jì)線(xiàn)性特性分析研究，并引入系數(shù)修正因子θ及計(jì)算公式，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、處理和理論推導(dǎo)，得出了有效和簡(jiǎn)便的電磁流量計(jì)校準(zhǔn)方法，為電磁流量計(jì)日常校準(zhǔn)工作提供理論基礎(chǔ)，提高了電磁流量計(jì)校準(zhǔn)的工作效率，對(duì)電磁流量計(jì)的校準(zhǔn)提出了具體可行的參考方法，從而進(jìn)一步提高校準(zhǔn)質(zhì)量。

[1]全國(guó)流量容量計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG 1033-2007電磁流量計(jì)[S]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007.

[2]中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院. JJG 164-2000液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[S]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2000.

[3]李耀民.智能電磁流量計(jì)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)[D].浙江大學(xué)，2003.

[4]管軍.基于相關(guān)檢測(cè)原理的電磁流量計(jì)的研究[D].浙江大學(xué)，2003.

[5]任學(xué)弟，陸敏，葛志松，等.計(jì)量測(cè)試技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)在新能源和傳統(tǒng)能源中的作用不可或缺[J].工業(yè)計(jì)量，2012（02）：51-53.

[6]王燦，沈瓊，陳超.液體流量計(jì)在線(xiàn)檢定實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[J].上海計(jì)量測(cè)試，2011（04）：26-28.

[7]李銘，梁琦.電磁流量計(jì)儀表系數(shù)的誤差分析[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2016（07）：104-105.

[8]屈敏，馮江.插入式流量計(jì)儀表系數(shù)K及其影響因素[J].自動(dòng)化儀表，2003（05）：20-23.

Research on calibration method of electromagnetic fl owmeter of correction factor θ method

Ma Li1，Ren Xuedi2，Chen Chao2，Qin Tingting2
（1. Shanghai Jiaotong University；2.Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology）

For calibration of electromagnetic flowmeter with adjustable coefficient K, according to the national verification regulations JJG 1033-2007Electromagnetic Flowmeters, linear characteristic of electromagnetic fl owmeter was studied and the coef fi cient of correction factor θ was introduced. This article introduces a efficient method of adjusting the fl owmeter to best condition by only changing the fl owmeter K coef fi cient value.

electromagnetic flowmeter; calibration method; linear characteristic; K coef fi cient; correction factor θ