電磁式熱量表在線(xiàn)校準的探討

根據電磁流量傳感器的基本工作原理可知，對于流量的測量誤差，除傳感器測量管的幾何尺寸內徑D、磁感應強度B和感應電動(dòng)勢E以外，與其他物理量的變化無(wú)關(guān)。這是電磁流量計最大的優(yōu)點(diǎn)，正是基于此，電磁流量傳感器在線(xiàn)校準成為可能。

現依據CJ/T364-2011《管道式電磁流量計在線(xiàn)校準要求》和CJ128-2007《熱量表》，就電磁式熱能表的電磁流量傳感器、溫度傳感器和熱能運算轉換器三個(gè)基本組成部分的在線(xiàn)校準分別進(jìn)行探討，期待以?huà)伌u引玉之舉，掀共同探索之潮，從而有助于熱量表整體質(zhì)量的全面提升并有望于推動(dòng)以供熱計量收費為中心的供熱體制改革的可持續發(fā)展。

一、實(shí)現在線(xiàn)校準的重大現實(shí)意義

1.根據國家流量計量?jì)x表相關(guān)規程的規定，對精確度低于0.5級的電磁流量計，校準周期一般規定為2年。顯然，這對在線(xiàn)運行中的電磁流量計進(jìn)行實(shí)驗室校準存在一定難度。但如不按規程規定的校準周期進(jìn)行校準，對于計量?jì)x表尤其是作為貿易結算的計量?jì)x表，就會(huì )違背法定計量管理的要求，甚至引發(fā)社會(huì )糾紛。因此，實(shí)現在線(xiàn)校準，就為實(shí)施法定計量管理提供一條可行而便捷的途徑和方法。

2.由于此類(lèi)流量計在線(xiàn)現場(chǎng)環(huán)境工作條件與實(shí)驗室校準裝置的工作條件存在一定差異，這樣，在線(xiàn)校準就能檢測出儀表的實(shí)際工作性能和精確程度，更具實(shí)際意義。

3.眾所周知，具有法定計量流量檢定資質(zhì)的校準裝置實(shí)驗室，流量檢定費用比較昂貴。對于量大面廣的民用熱量表，每2年的校準周期，是一筆十分巨大的費用。因此，實(shí)現在線(xiàn)校準，相對于實(shí)驗室校準就可以大幅度地減少這筆費用。另一方面，能大幅度減少法定計量流量檢定機構對實(shí)驗室校準裝置的投入和管理，從而節省大量社會(huì )資源。

4.實(shí)現在線(xiàn)校準，可以大大減少實(shí)施周期校準的工作量、省去儀表送校拆裝等大量的人力、物力和費用，從而節省大量社會(huì )資源。

二、電磁式熱能表的在線(xiàn)校準

1.電磁流量傳感器的在線(xiàn)校準

1）電磁流量計在線(xiàn)校準的理論和法律依據電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。整套儀表由傳感器和轉換器兩部分組成，其測量原理如圖1所示。

圖1 電磁流量計測量原理

當導電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測量管內流動(dòng)時(shí)，根據法拉第電磁感應定律原理，在流動(dòng)方向垂直的方向上就會(huì )產(chǎn)生與流速成線(xiàn)性比例的感應電動(dòng)勢，其值見(jiàn)公式（1）：

E=kBDV     （1）

式中：

E——感應電動(dòng)勢，亦即流量感應信號；

K——系數；

B——磁感應強度；

D——測量電極之間的距離（測量管內徑）；

V—平均流速。

測量管內，穿過(guò)橫斷面的液體的體積流量是：

    （2）

式中：

D——測量管內徑；

V—平均流速。

把公式（1）、公式（2）合并得：

     （3）

式中：K——流量校準系數，通常由生產(chǎn)廠(chǎng)方實(shí)驗室的流量標準裝置實(shí)流校準得到。

從公式（3）可知，體積流量q_v與感應電動(dòng)勢E成線(xiàn)性關(guān)系。所以，只須測定磁感應強度B，便可獲得體積流量q_v與感應電動(dòng)勢E的線(xiàn)性關(guān)系。對于1臺已通過(guò)生產(chǎn)廠(chǎng)方實(shí)驗室的流量標準裝置實(shí)流校準的電磁流量計，經(jīng)過(guò)若干時(shí)間運行后，如這臺儀表表內勵磁系統產(chǎn)生的磁感應強度B，與出廠(chǎng)實(shí)流校準相比較保持不變，就可以認定該臺儀表的體積流量q_v與感應電動(dòng)勢E的線(xiàn)性關(guān)系仍然保持不變。因此，通過(guò)在線(xiàn)總體測定電磁流量計的電參數磁感應強度B，就可以實(shí)現電磁流量計的在線(xiàn)校準。具體在線(xiàn)校準時(shí)，通過(guò)測量決定電磁流量計勵磁系統產(chǎn)生的磁感應強度B的基本特性電參數，就可以完成電磁流量計的在線(xiàn)精度測量。

2）電磁流量傳感器的在線(xiàn)校準方法

根據CJ/T364-2011《管道式電磁流量計在線(xiàn)校準要求》規定，對電磁流量傳感器采用“電參數法”進(jìn)行在線(xiàn)校準，擬按以下要求進(jìn)行。

（1）在線(xiàn)校準時(shí)參數校準的性能要求

①勵磁線(xiàn)圈電阻值與出廠(chǎng)或首次校準時(shí)一致，其偏差率不得超過(guò)±1.0%；

②勵磁線(xiàn)圈對地絕緣電阻＞20MΩ或符合生產(chǎn)廠(chǎng)家特定要求；

③傳感器兩測測量電極接液（接地）電阻值應基本一致，兩者偏差率＜20%，且測量伴有充放電現象。

（2）在線(xiàn)校準時(shí)參數校準的的操作方法

①勵磁線(xiàn)圈電阻參數。以數字萬(wàn)用表為測量工具，兩個(gè)表筆分別接勵磁線(xiàn)圈的兩個(gè)端子，測量勵磁線(xiàn)圈的電阻值，測量結果與首次檢測時(shí)的電阻值或生產(chǎn)廠(chǎng)家提供該型號規格的勵磁線(xiàn)圈的電阻值進(jìn)行比對。測量結果應滿(mǎn)足上述相應性能要求。

②勵磁線(xiàn)圈對地絕緣電阻參數。以500V兆歐表為測量工具時(shí)，在勵磁線(xiàn)圈的一個(gè)端子與地線(xiàn)之間施加直流電壓，穩定后讀數。以絕緣電阻測試儀為測量工具時(shí)，將黑色表筆接電磁流量傳感器接地端子，紅色表筆接勵磁線(xiàn)圈的一個(gè)端子，檔位開(kāi)關(guān)轉到500V檔，穩定10s后讀數。測量結果應滿(mǎn)足上述相應性能要求。

③電極接液（接地）電阻偏差率。電極接液電阻指電極與液體的接觸電阻，它反映電極和襯里附著(zhù)的大體狀況�？捎弥羔樖饺f(wàn)用表在管道充滿(mǎn)液體時(shí)分別測量每個(gè)電極端子與儀表地線(xiàn)之間的電阻。每次測量需用同一型號規格的萬(wàn)用表，并用同一量程。測量時(shí)萬(wàn)用表同一根表棒接電極端子，另一根表棒始終接儀表地線(xiàn)，待指針偏轉最大時(shí)讀取數據。測量結果應滿(mǎn)足上述相應性能要求。

2.電磁式熱量表熱能運算轉換器的在線(xiàn)校準

依據CJ128-2007《熱量表》和CJ/T364-2011《管道式電磁流量計在線(xiàn)校準要求》以及電磁式熱量表熱能運算轉換器的基本功能，對電磁式熱量表熱能運算轉換器的在線(xiàn)校準，擬分二部分要求進(jìn)行。

1）電磁式熱量表熱能運算轉換器的電磁流量信號轉換在線(xiàn)校準

（1）在線(xiàn)校準時(shí)參數校準的性能要求

參照CJ/T364-2011《管道式電磁流量計在線(xiàn)校準要求》，對電磁流量轉換器采用“電參數法”進(jìn)行在線(xiàn)校準。a.電源端子與外殼之間的絕緣電阻不應小于20MΩ；b.轉換器對流量特征系數的修改應有保護功能，能避免意外更改或能記錄歷史修改過(guò)程。校準時(shí)應記錄該特征系數值并且在校準記錄中注明，周期校準的特征系數值應與上次校準時(shí)的特征系數值相同，并沒(méi)有進(jìn)行過(guò)修改。

2）在線(xiàn)校準時(shí)參數校準的操作方法

（1）電源端子與外殼之間的絕緣電阻

關(guān)閉運算轉換器電源，用500V兆歐表作為測量工具，將紅色表筆和黑色表筆分別連接運算轉換器的電源端子和運算轉換器的外殼，穩定后讀數。測量結果應滿(mǎn)足上述相應性能要求。

（2）瞬時(shí)流量的示值誤差和示值重復性誤差

①關(guān)閉運算轉換器電源，斷開(kāi)電磁流量傳感器與運算轉換器之間的電纜連接，按照生產(chǎn)廠(chǎng)方提供的電路圖進(jìn)行運算轉換器和電磁流量模擬信號發(fā)生器之間的電氣連接，接好線(xiàn)并檢查后通電，預熱15min以上，將運算轉換器參數按電磁流量模擬信號發(fā)生器的參數要求進(jìn)行設置，在設置前分別記錄需要修改的各項參數，以便校準結束后對參數進(jìn)行恢復。

②在滿(mǎn)量程范圍內選定至少3個(gè)流速/流量點(diǎn)（含常用流速/流量點(diǎn)），將電磁流量模擬信號發(fā)生器的流速/流量調節開(kāi)關(guān)分別置于選定的測量檔次，調節流速/流量，讀取運算轉換器顯示的瞬時(shí)流量值，每檔次測量重復三次并記錄備案。

③按瞬時(shí)流量示值誤差和瞬時(shí)流量示值重復性誤差計算公式求得的瞬時(shí)流量的示值誤差和示值重復性誤差，應滿(mǎn)足上述相應性能要求。

（3）運算轉換器的零點(diǎn)校準

關(guān)閉運算轉換器電源，斷開(kāi)電磁流量傳感器與運算轉換器之間的電纜連接，按照生產(chǎn)廠(chǎng)方提供的電路圖進(jìn)行運算轉換器和電磁流量模擬信號發(fā)生器之間的電氣連接，接好線(xiàn)并檢查后通電，預熱15min以上，將電磁流量模擬信號發(fā)生器的流速/流量調節開(kāi)關(guān)設置于“0”檔次，采用零點(diǎn)自動(dòng)校正設置功能，將運算轉換器的瞬時(shí)流量顯示值調節為0.000m³/h。

3）電磁式熱能表熱能運算轉換器的運算功能在線(xiàn)校準。參照CJ128-2007《熱量表》附錄E（規范性附錄）“計算器準確度的測試與計算”的規范，對電磁式熱量表熱能運算轉換器的運算功能進(jìn)行在線(xiàn)校準。

①電磁式熱能表溫度傳感器的在線(xiàn)校準

參照CJ128-2007《熱量表》附錄F（規范性附錄“溫度傳感器準確度的測試與計算”）的規范，對電磁式熱量表熱能運算轉換器的溫度傳感器進(jìn)行在線(xiàn)校準。