摘要：介紹電磁流量計(jì)的工作原理，給出電磁流量計(jì)特征系數(shù)的修正公式。以水為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，基于靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，研究了介質(zhì)溫度對(duì)電磁流量計(jì)特征系數(shù)的影響。結(jié)果表明：當(dāng)流體溫度在16.7～30.0℃時(shí)，電磁流量計(jì)相對(duì)示值誤差在±0.13％以?xún)?nèi)，介質(zhì)溫度的影響可以忽略；當(dāng)流體溫度在30~63℃時(shí)，介質(zhì)溫度的影響不能忽略。將修正后的特征系數(shù)應(yīng)用于電磁流量計(jì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，得到DN80mm和DN100ram電磁流量計(jì)的相對(duì)示值誤差的*大值為O.03％，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

電磁流量計(jì)的測(cè)量通道是-段無(wú)阻流件的光滑直管，不易阻塞，因此適用于測(cè)量含有固體顆粒或纖維的固液兩相流量。電磁流量計(jì)因具有壓力損失相對(duì)較小、量程范圍和口徑范圍寬、反應(yīng)靈敏、可測(cè)量瞬時(shí)脈動(dòng)流量及可測(cè)量正反兩個(gè)方向的流量等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于高溫化工工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量。

目前，電磁流量計(jì)的出廠檢驗(yàn)與檢定工作是在實(shí)驗(yàn)室常溫參考條件下進(jìn)行的，但實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通常是高溫環(huán)境，與實(shí)驗(yàn)室參考條件有較大偏離，由此對(duì)電磁流量計(jì)造成的測(cè)量誤差尚不明確。盡管學(xué)者們對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行了大量研究分析。，但很少涉及到流體介質(zhì)溫度變化對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量誤差的影響。2017年，許瑞祥對(duì)3個(gè)不同品*的電磁流量計(jì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，提出高精度電磁流量計(jì)會(huì)受到介質(zhì)溫度的影響。為了使檢定和計(jì)量工作更加科學(xué)合理，筆者結(jié)合電磁流量計(jì)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件，應(yīng)用**蒸汽流量計(jì)量站靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，就介質(zhì)溫度對(duì)電磁流量計(jì)特征系數(shù)的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1電磁流量計(jì)的工作原理

在感應(yīng)強(qiáng)度為的磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放置-個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速n流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體將切割磁感線，導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)E，即：

定義K為電磁流量計(jì)的特征系數(shù)，該系數(shù)通常由實(shí)流標(biāo)定得到。然而當(dāng)介質(zhì)溫度升高時(shí)：流體在管道中的流場(chǎng)分布情況會(huì)發(fā)生變化；流體粘度變小，流速增大；傳感器通徑會(huì)發(fā)生變化。基于此，筆者重點(diǎn)研究介質(zhì)溫度對(duì)電磁流量計(jì)特征系數(shù)的影響。

2電磁流量計(jì)特征系數(shù)的修正

特征系數(shù)的主要任務(wù)是將外在環(huán)境因素引起的測(cè)量誤差、傳感器測(cè)量管內(nèi)徑誤差、磁感應(yīng)強(qiáng)度誤差、流速分布非軸對(duì)稱(chēng)性和電磁流量計(jì)制作工藝引起的誤差，代入特征系數(shù)表達(dá)式并予以修正。

以電磁流量計(jì)為例，其工作方式為脈沖輸出，輸出頻率5kHz，設(shè)電磁流量計(jì)的脈沖系數(shù)(單位體積的被測(cè)介質(zhì)滿管經(jīng)過(guò)電磁流量計(jì)時(shí)發(fā)出的脈沖數(shù))K0′=150000m-3。選用靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試溫度范圍為16.7～63.0℃，待被測(cè)介質(zhì)溫度和流量穩(wěn)定后，在實(shí)測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)收集到的被測(cè)液體重量為(Wa)ij經(jīng)過(guò)被測(cè)液體密度和空氣浮力修正計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)體積為(V8)ij。設(shè)被測(cè)電磁流量計(jì)*i個(gè)流量點(diǎn)*j次實(shí)測(cè)時(shí)間間隔輸出的脈沖數(shù)為N′ij則*i個(gè)流量點(diǎn)*j次實(shí)測(cè)的脈沖系數(shù)K′ij為：

某溫度點(diǎn)電磁流量計(jì)的相對(duì)示值誤差E為流量計(jì)在該溫度下，各流量點(diǎn)的相對(duì)示值誤差的*大值。

3實(shí)驗(yàn)與誤差分析

3.1實(shí)驗(yàn)方案

采用**蒸汽流量計(jì)量站靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，流量測(cè)量范圍1～600m-3／h，擴(kuò)展不確定度Urel=0.05％(k=2)。以水

為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，選取DN80mm和DN100mm的0.5級(jí)電磁流量計(jì)，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)測(cè)量3次，共180次測(cè)試，研究電磁流量計(jì)特征系數(shù)隨溫度變化的特性。具體實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

3.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與誤差分析

*先，在常溫16.7℃下對(duì)被測(cè)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，得到標(biāo)定后的脈沖系數(shù)K′0，并修正初始特征系數(shù)K0′。對(duì)流量計(jì)的特征系數(shù)進(jìn)行修改后，得到DN80mm電磁流量計(jì)的特征系數(shù)為0.9205，脈沖系數(shù)為150000m-3；DN100mm電磁流量計(jì)的特征系數(shù)為1.1313，脈沖系數(shù)為90000m-3。

利用蒸汽對(duì)水箱中的水進(jìn)行換熱，以達(dá)到目標(biāo)溫度；利用流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)到目標(biāo)流量后即可進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，其中K表示被測(cè)電磁流量計(jì)*i個(gè)流量點(diǎn)*次實(shí)測(cè)的脈沖系數(shù)修正后的特征系數(shù)。可以看出，高溫對(duì)被測(cè)電磁流量計(jì)特征系數(shù)的影響較明顯，DN100mm電磁流量計(jì)的特征系數(shù)在高低溫處的*大變化量為0.9％。特征系數(shù)在溫度變化范圍內(nèi)的整體趨勢(shì)可以分為以下3個(gè)階段：

a.當(dāng)流體介質(zhì)溫度在l6.7—30.0℃時(shí)，與相比K略減小，但變化不明顯，可以忽略；

b.當(dāng)流體介質(zhì)溫度在30～55℃時(shí)，與Kn相比K繼續(xù)減小，但K仍趨于穩(wěn)定；

c.當(dāng)流體介質(zhì)溫度高于55℃時(shí)，特征系數(shù)Kt在階段b的基礎(chǔ)上再減小。

由圖2可以看出，DN80mm和DN100mm電磁流量計(jì)*i個(gè)流量點(diǎn)*j次實(shí)測(cè)的特征系數(shù)Kij的相對(duì)誤差上限分別為0.23％和0.25％，相對(duì)誤差下限分別為-0.51％和-0.65％。

根據(jù)JJG1033—2007，DN80mm和DN100mm電磁流量計(jì)在不同溫度下的相對(duì)示值誤差和重復(fù)性見(jiàn)表2。可以看出，當(dāng)流體溫度在16.7—30.0℃時(shí)，電磁流量計(jì)的相對(duì)示值誤差在40.13％以?xún)?nèi)，筆者認(rèn)為在此溫度范圍內(nèi)，介質(zhì)溫度變化對(duì)電磁流量計(jì)的影響可以忽略。當(dāng)流體溫度在30～63℃時(shí)，電磁流量計(jì)的相對(duì)示值誤差正差偏，*大誤差為0.60％，對(duì)于DN100mm的電磁流量計(jì)，其相對(duì)示值誤差已經(jīng)超出了0.5級(jí)電磁流量計(jì)的精度范圍。因此，當(dāng)電磁流量計(jì)用于高溫環(huán)境的高精度測(cè)量時(shí)，介質(zhì)溫度的影響-定不能忽略。

根據(jù)上述分析，當(dāng)流體溫度在30～55℃時(shí)，DN80mm電磁流量計(jì)特征系數(shù)的修正值△80=-0.0015，DN100mm電磁流量計(jì)特征系數(shù)的修正值△100=-0.0019；當(dāng)流體溫度高于55℃時(shí)，△80=-0.0018，△100=-0.0034。因此可以得到，當(dāng)流體溫度高于30℃時(shí)，電磁流量計(jì)特征系數(shù)K=Ko+△。將修正后的特征系數(shù)應(yīng)用于電磁流量計(jì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，得到DN80mm和DN100mm電磁流量計(jì)的相對(duì)示值誤差*大值為0.03％。

4結(jié)束語(yǔ)

采用**蒸汽流量計(jì)量站靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，選取DN80mm和DN100mm的0.5級(jí)電磁流量計(jì)，研究了電磁流量計(jì)特征系數(shù)隨溫度變化的特性。當(dāng)流體溫度在16.7～30.0℃時(shí)，電磁流量計(jì)相對(duì)示值誤差在±0.13％以?xún)?nèi)，介質(zhì)溫度變化對(duì)電磁流量計(jì)的影響可以忽略。當(dāng)流體溫度在30～63℃時(shí)，電磁流量計(jì)相對(duì)示值誤差正偏，*大誤差為0.60％，對(duì)于DN100mm電磁流量計(jì)，其相對(duì)示值誤差已經(jīng)超出了0.5級(jí)電磁流量計(jì)的精度范圍。由于本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)有限，且流體溫度僅測(cè)試到63℃，不能直接給出介質(zhì)溫度與電磁流量計(jì)特征系數(shù)的修正公式，故后續(xù)仍需對(duì)該課題做深入研究。