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采用电磁流量计开展热水流量量传的研究

来源:北京市计量检测科学研究院热工所和化工所作者:张立谦 ,张丽和 ,施 鑫 【北京市计量检测科学研究院热工所发表时间:2017-07-18 11:22:01

         摘要: 通过实验评价了多个衬里材料分别为 PFA 和陶瓷的电磁流量计在热水使用条件下的长期稳定性,并开展了在不同温度条件下计量性能的测试工作。实验结果表明衬里材料不同,电磁流量计的稳定性和温度特性不同。其中陶瓷衬里的电磁流量计具有较好的长期稳定性,且不同介质温度条件下,计量性能的偏移较小。本文据此针对不同类型电磁流量计提出了开展热水量传的建议。

 
         2000 年以来,在热量表行业不断发展的背景下,为了更准确地评价热水流量传感器的计量性能,很多企业、事业单位开始研究、试制热水流量标准装置 (以下简称热水装置)。热水装置主要包括质量法、标准表法两类。质量法装置具有准确度高,稳定性好的特点,但占地面积较大,能源消耗多,同时一次性投资较大。标准表法装置在占地面积、能源消耗、投资等方面有优势,但标准表的长期稳定性没有规律。所以为了保证测量的准确,很多开展热量表检定的实验室综合了质量法和标准表法,建立了热水装置,单独建立标准表法装置的实验室比较少。同时,2010 年以前供热计量的主要关注点是分户计量,所以热水装置主要用于对 DN50 以下的热量表进行检测。
 
         2010 年以来,大口径热量表的应用越来越广泛,促进了热水装置的研制工作,并取得重大突破。国内热水装置的扩展不确定度从 0. 2% 提高到了 0. 1%,个 别 的 达 到 0. 05%,最 大 流 量 从40 m 3 /h扩展到了 600m 3 /h。随着热计量改革工作的进一步深入,热量表的检测工作量在逐步增加,热力公司也提出需要检测更大口径的热量表,如果还是建立质量法装置,在场地、投资方面都面临困难。
 
         从质量法装置到标准表法装置再到热量表,这样一种量传系统的建立,既可以充分发挥质量法装置高准确度的特点,同时使用标准表法装置可以提高日常检测的效率,降低对日常检测装置的要求,热量表检定部门的日常维护费用也大幅度降低。但标准表在不同温度下的计量性能会发生变化,长期稳定性也有待观察。为了更好地利用标准表法装置的优点开展检定工作,有必要深入研究标准表的特性。
 
1 电磁流量计计量性能的试验工作
         北京市计量检测科学研究院 (以下简称北京院) 在筹建质量法热水流量标准装置过程中,购置了5 台电磁流量计。表1 是电磁流量计的技术参数。
电磁流量计的技术参数
         在安装之前,技术人员于 2011 年 11 月对DN200 和 DN80 的电磁流量计进行了冷水试验。试验装置为北京院静态容积法水流量标准装置,装置的扩展测量不确定度为 0. 05%。当时由于条件限制,没有对 DN15 的电磁流量计进行冷水试验。2013 年初北京院沙河实验室的质量法装置筹建工作基本完成。2013 年质量法装置处于运行状态,全年开展了检测工作。数据人员于 2013 年 12月开展了对 DN200、DN80、DN15 电磁流量计在20 ℃、50 ℃和 80 ℃水温下的性能测试工作。采用
的质量法装置在 85 ℃温度条件下,扩展测量不确定度为 0. 1%。
 
2 DN200 和 DN80 电磁量计性能分析
         DN200 和 DN80 电磁流量计为 PFA 内衬,试验的结果可以一起来分析。汇总 DN200 的试验数据如表 2 所示。
DN200 电磁流量计试验结果
         通过对以上数据的总结,经过两年的时间,DN200 电磁流量计 20 ℃水温条件的性能发生了明显的变化,两者的差距达到了 3%。不同水温条件下的性能曲线,在 0. 9 m/s 以上的流量范围内趋势相同,线性度约为 0. 1%。在 0. 9 m/s 以上的流量范围内,20 ℃ 时误差的平均值为 2. 83% 左右,50 ℃时误差平均值为 2. 97% 左右,80 ℃时误差平均值为 3. 09%。
 
         汇总 DN80 的试验数据如表 3 所示。
DN80 电磁流量计试验结果
         通过对以上数据的总结,经过两年的时间,DN80 电磁流量计 20 ℃ 水温条件的性能发生了明显的变化,两者的差距达到了 0. 8%。不同水温条件下的性能曲线,在 0. 9 m/s 以上的流量范围内趋势相同,线性度为 0. 1%。在 0. 9 m/s 以上的流量范围内,20 ℃ 时的误差平均值在 0. 72% 左右,50 ℃时的误差平均值为 0. 47% 左右,80 ℃曲线的平均值在 0. 33%。
 
         综合 DN200 和 DN80 电磁流量计的数据,我们发现内衬为 PFA 材料的电磁流量计,经过两年的运行,不同程度地发生了计量性能的偏移,偏 移 量 范 围 0. 8% ~ 3% 。在 流 量 范 围0. 9 m/s的流量以上,电磁流量计的线性度较好,达到 0. 1% 。不同温度下,电磁流量计的计量曲线发生了偏移,但偏移方向和偏移量没有规律可循。
 
3 DN15 电磁流量计计量性能分析
         DN15 电磁流量计以陶瓷为衬里,转换器部分与 DN200 和 DN80 的电磁流量计相同,表 4 是DN15 电磁流量计性能分析。
DN15 电磁流量计试验结果
         由于在 2011 年 11 月没有进行试验,如果以0. 2 级的标准衡量,经过两年的时间,电磁流量计20 ℃水温条件的性能没有发生明显的变化,仍然达到 0. 2 级的准确度。不同水温条件下的性能曲线,在 0. 5 m/s 以上的流量范围内趋势相同,线性度优于 0. 1%; 在 0. 5 m/s 以上的流量范围内,20 ℃时的误差平均值在 0. 05% 左右,50 ℃时的误差平均值在 0. 05% 左右,80 ℃ 时的误差平均值在 0. 07%。
 
4 对于采用电磁流量计开展量传的一些思考
         通过试验,我们对部分类型电磁流量计的计量性能进行了评估,除了 1 台 DN15 的陶瓷衬里电磁流量计的长期稳定性较好外,PFA 内衬的电磁流量计都不同程度地发生了计量性能的偏移。在评估以电磁流量计为标准表的热水流量装置测量不确定度的过程中,标准表的长期稳定性是一个重要的指标。对于长期稳定性不好的标准表应配建质量法标准装置同时确定合理的标准表溯源周期。
 
         不同温度下电磁流量计的计量性能会发生偏移,针对不同流量计偏移的情况不同。陶瓷衬里电磁流量计的偏移量较小。PFA 衬里的电磁流量计,介质温度从 20 ℃ 变化到 50 ℃,出现了从0. 14%到 0. 25%偏移量; 介质温度从 50 ℃变化到80 ℃,出现了 0. 12%到 0. 14% 的偏移。同时两台流量计在不同温度下偏移的方向不同。所以以PFA 为衬里的电磁流量计作为标准表应尽可能在使用温度下标定。对于以陶瓷为衬里的电磁流量计如果采用冷水标定,在使用热水时,应适当考虑温度变化引入的测量不确定度。
 
         在热量表检测中,使用标准表法装置存在着较多的优点,但在被检表准确度较高或者标准表的长期稳定性较差的情况下,只能使用质量法装
置。
 
         本文分析了标准表的计量特性,希望对不同类型的电磁流量计区分对待,鼓励使用温度性能较好的电磁流量计。为了稳妥起见,对这种流量计初期还是通过热水流量装置开展标准表的量传工作,并在日常使用过程中,鼓励使用冷水质量法装置开展标准表的定期检测,分析标准表的长期稳定性。当然在经历大量的数据积累后,如果我们对陶瓷流量计的认识加深,可以确认冷热水性能具有规律性,也可以使用冷水质量法装置开展电磁流量计的量传工作,在考虑到温度变化引入的不确定度后应用于热量表的日常检测工作。