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采用電磁流量計開展熱水流量量傳的研究

采用電磁流量計開展熱水流量量傳的研究

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(wěn)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(jié)果表明襯里材料不同,電磁流量計的穩(wěn)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(wěn)定性,且不同介質(zhì)溫度條件下,計量性能的偏移較小。本文據(jù)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(yè)不斷發(fā)展的背景下,為了更準(zhǔn)確地評價熱水流量傳感器的計量性能,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,但占地面積較大,能源消耗多,同時一次性投資較大。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,但標(biāo)準(zhǔn)表的長期穩(wěn)定性沒有規(guī)律。所以為了保證測量的準(zhǔn)確,很多開展熱量表檢定的實驗室綜合了質(zhì)量法和標(biāo)準(zhǔn)表法,建立了熱水裝置,單獨建立標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(jìn)行檢測。

 

2010 年以來,大口徑熱量表的應(yīng)用越來越廣泛,促進(jìn)了熱水裝置的研制工作,并取得重大突破。國內(nèi)熱水裝置的擴(kuò)展不確定度從 0. 2% 提高到了 0. 1% ,個 別 的 達(dá) 到 0. 05% ,*** 大 流 量 從 40 m3 / h擴(kuò)展到了 600m3 / h。隨著熱計量改革工作的進(jìn)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(zhì)量法裝置,在場地、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,同時使用標(biāo)準(zhǔn)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(hù)費用也大幅度降低。但標(biāo)準(zhǔn)表在不同溫度下的計量性能會發(fā)生變化,長期穩(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.電磁流量計計量性能的試驗工作

 

北京市計量檢測科學(xué)研究院 ( 以下簡稱北京院) 在籌建質(zhì)量法熱水流量標(biāo)準(zhǔn)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(shù)參數(shù)。

電磁1.jpg

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

 

2013 年初北京院沙河實驗室的質(zhì)量法裝置籌建工作基本完成。2013 年質(zhì)量法裝置處于運行狀態(tài),全年開展了檢測工作。數(shù)據(jù)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(zhì)量法裝置在 85 ℃ 溫度條件下,擴(kuò)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(nèi)襯,試驗的結(jié)果可以一起來分析。

 

匯總 DN200 的試驗數(shù)據(jù)如表 2 所示

電磁2.jpg

通過對以上數(shù)據(jù)的總結(jié),經(jīng)過兩年的時間,DN200 電磁流量計 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% 。

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匯總 DN80 的試驗數(shù)據(jù)如表 3 所示。

通過對以上數(shù)據(jù)的總結(jié),經(jīng)過兩年的時間,

 

DN80 電磁流量計 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)趨勢相同,線性度為 0. 1% 。在 0. 9 m / s 以上的流量范圍內(nèi),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(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯為 PFA 材料的電磁流量計,經(jīng)過兩年的運行,不同程度地發(fā)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(dá)到 0. 1 % 。不同溫度下,電磁流量計的計量曲線發(fā)生了偏移,但偏移方向和偏移量沒有規(guī)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(zhuǎn)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。

由于在 2011 年 11 月沒有進(jìn)行試驗,如果以0. 2 級的標(biāo)準(zhǔn)衡量,經(jīng)過兩年的時間,電磁流量計20 ℃ 水溫條件的性能沒有發(fā)生明顯的變化,仍然達(dá)到 0. 2 級的準(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% 。

 電磁4.jpg

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(jìn)行了評估,除了 1 臺 DN15 的陶瓷襯里電磁流量計的長期穩(wěn)定性較好外,PFA 內(nèi)襯的電磁流量計都不同程度地發(fā)生了計量性能的偏移。在評估以電磁流量計為標(biāo)準(zhǔn)表的熱水流量裝置測量不確定度的過程中,標(biāo)準(zhǔn)表的長期穩(wěn)定性是一個重要的指標(biāo)。對于長期穩(wěn)定性不好的標(biāo)準(zhǔn)表應(yīng)配建質(zhì)量法標(biāo)準(zhǔn)裝置同時確定合理的標(biāo)準(zhǔn)表溯源周期。

 

不同溫度下電磁流量計的計量性能會發(fā)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(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(biāo)準(zhǔn)表應(yīng)盡可能在使用溫度下標(biāo)定。對于以陶瓷為襯里的電磁流量計如果采用冷水標(biāo)定,在使用熱水時,應(yīng)適當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)表法裝置存在著較多的優(yōu)點,但在被檢表準(zhǔn)確度較高或者標(biāo)準(zhǔn)表的長期穩(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)表的計量特性,希望對不同類型的電磁流量計區(qū)分對待,鼓勵使用溫度性能較好的電磁流量計。為了穩(wěn)妥起見,對這種流量計初期還是通過熱水流量裝置開展標(biāo)準(zhǔn)表的量傳工作,并在日常使用過程中,鼓勵使用冷水質(zhì)量法裝置開展標(biāo)準(zhǔn)表的定期檢測,分析標(biāo)準(zhǔn)表的長期穩(wěn)定性。當(dāng)然在經(jīng)歷大量的數(shù)據(jù)積累后,如果我們對陶瓷流量計的認(rèn)識加深,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工作。

 

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