現場校準電磁流量計測量污水的結果準確率分析

現場校準電磁流量計測量污水的結果準確率分析

1 電磁流量計現場校準符合性研究的必要性根據《JJF 1094—2002 測量儀器特性評定》要求，對測量儀器特性進行符合性評定時，若評定示值誤差的不確定度 U95與被校測量儀器最大允許誤差的值 MPEV 滿足關系 U95≤1/(根號3) MPEV 時，可不考慮示值誤差評定的測量不確定度的影響，是否合格的判定。

對現場檢測結果如何進行評估? 是一直困擾著檢測技術人員的難題。這里提出研究其符合性，可以判斷測量結果是否在可控范圍內，校準是否有效。進行符合性評定的同時，能幫助用戶理解校準結果、消除疑慮，亦可有效分析出問題所在，使得使用方更容易對癥下藥進行整改。

2 流量計原理

2. 1 電磁流量計

電磁流量計是應用法拉第電磁感應原理，根據導電流體通過外加磁場時感生的電動勢來測量導電流體流量的一種儀器。體積流量 qv 與產生的電動勢成正比，檢測電動勢信號即可求出對應流量值。

2. 2 超聲波流量計

超聲波流量計現場校準一般使用外夾式時差法超聲波流量計。在規定位置安裝兩個超聲波換能器相互發射超聲波信號，使聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小。同一傳播距離就有不同的傳播時間，利用傳播速度之差與被測流體流速之關系求取流速，再根據流體截面積計算出體積流量。

3 符合性評定來源和影響因素

雖然標準器與被檢儀表在同一個管道中，介質的物理性質、環境條件和安裝位置基本相同，但同樣的因素對不同種類的流量計影響卻不一樣。這就決定了兩個準確度相近的流量計在相同條件下測量結果可能相差很大，這些會導致校準結果偏移的因素就是符合性評定的來源。

3. 1 必須符合的因素

3. 1. 1 是否滿管的影響

電磁流量計和超聲波流量計都屬于速度式流量計，測量得到的是管道內的平均流速，再根據管道截面積計算出流量值。然而當管道內流體不是滿管狀態時，實際流體截面積小于滿管時的流體截面積，測量的結果就會偏離很大。所以測量前一定要確認流體是否處于滿管流動狀態，對于非滿管的管道，無法進行有效的校準測量。

3. 1. 2 安裝位置的影響

在流量計安裝位置的下游應有一定的背壓，才能確保流體充滿管道。一般的安裝位置有四種: 高位水平安裝、低位水平安裝、垂直向下安裝和垂直向上安裝。如圖 1 所示，其中高位水平安裝和垂直向下安裝極容易導致流體非滿管的情況，只允許垂直向上安裝和低位水平安裝。

3. 2 需要附加進行評定的因素

3. 2. 1 前后直管段的影響

流量計保證儀表安裝前后有一定長度的直管段，以確保流體到達被檢儀表時管道截面流速軸對稱分布。對于電磁流量計，當流體流速分布不均勻時，每個流動質點相對于電極幾何位置的不同，對電極所產生的感應電動勢的大小也不同，測量結果就會有偏差。

超聲波流量計對直管段要求相比于電磁流量計更加苛刻，當流體不穩定時，對聲波傳播速度和方向影響很大。在前后直管段相同的情況下，兩種流量計的測量誤差也不一樣。

3. 2. 2 介質的影響

當介質為含有雜質的污水時，會有化學、生物、物理污染物的影響。對于電磁流量計，一些沉淀物會附著在電磁流量計電極表面，常常引起零點變動，故必須確認是否周期性清理，未定期清理的電磁流量計會帶有附加誤差。

污水流動過程中比凈水更容易產生氣泡，污水中的固體顆粒、生物因子、氣泡會嚴重阻礙超聲波的傳播和信號接收，對超聲波流量計的測量準確度影響是非常嚴重的。

3. 2. 3 漸擴管和漸縮管的影響

當管道設計與電磁流量計口徑選型不符時，常常使用漸變管進行變徑。根據試驗研究，角度小于15°、直管段距離大于 5D( D 為管道直徑) 的漸擴管和漸縮管對流體狀態幾乎沒有影響; 而角度大于15°或直管段距離小于 5D 時，應當考慮漸擴管和漸縮管對測量結果的影響。

3. 2. 4 管道狀態的影響

管道的缺陷一般包括: 管道外部起銹或附著污泥，導致外徑測量偏大; 管道類型為卷鋼，有焊接痕跡突起，導致外徑測量偏大; 管道老化內部有銹層，導致內徑實際值偏小，流量隨之偏小。電磁流量計與超聲波流量計流量計算原理同為流體平均流速乘以流體截面積，因此內徑偏差導致的流體截面積誤差會對兩種流量計造成影響。

超聲波流量計安裝時需要測量管道外徑，壁厚的測量只在打磨處進行，因為內徑 = 外徑 － 壁厚，此時要考慮外徑測量偏大的影響。

3. 2. 5 超聲波流量計換能器安裝距離的影響

參考文獻中的試驗結果，超聲波流量計換能器安裝距離的偏差也會導致測量結果有誤差。當傳感器之間的安裝距離的相對誤差為 4. 7% 時，流量相對誤差為 10. 7% ; 管道內徑相對誤差為 － 3. 3%時，流量相對誤差為 － 5. 5% 。因此安裝距離對于超聲波流量計的影響是非常大的。須根據有無換能器安裝標尺，現場操作等因素評估誤差。

3. 2. 6 其它因素影響

測量過程中還有其它因素會導致測量結果的失準，如: 電磁流量計周圍磁場影響、電磁流量計遠傳線路過長對信號影響、噪音對超聲波流量計的聲波影響、流量計離泵過近( 小于 30D 距離) 帶來的流場不均勻的影響等。這些都是無法現場量化的誤差來源，應盡量避免，消除產生誤差的可能性。

4 評估與計算

用戶關心的是現場環境下流量的測量是否準確。由于缺乏專業性，用戶會認為校準結果中的示值誤差就應該代表流量測量時流量計的準確性，經常對證書給出的不確定度置之不理。除了前文提到的測量結果的重復性、標準器示值誤差引起的不確定度 u1、u2，引入各種干擾因子的不確定度分量應附加到校準結果中，根據需要附加進行評定的因素，有 u3、u4、u5、u6 等。得到:

5 結論

最后評估的 U95根據現場環境與測量過程一般在 1. 0% ～ 4. 0% 之間。當 Δ ≤MPEV + U95 時，校準符合性判斷不合格; 當 MPEV － U95≤ Δ ≤MPEV+ U95時，根據《JJF 1094—2002 測量儀器特性評定》定義，校準符合性結果屬于待定。即可以通過采用準確度更高的測量標準、改善環境條件、增加測量次數和改變測量方法等措施，以降低測量不確定度評定。然而限制于校準方法的困乏、標準器精度的局限、現場環境的客觀存在，不確定度的評定始終

無法達到 U95≤1/3 MPEV 的程度，測量誤差也基本不可能滿足 Δ ≤MPEV － U95，那么對電磁流量計的校準符合性研究結果只能停留在待定與不合格之間。介于污水用大口徑電磁流量計的校準現狀，我們認為符合性處于待定區間的校準過程是有意義的，使用方可以依照校準證書進行參考