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浅谈电磁流量计对城市供水管道流量测量的应用及测量不确定度评定

来源:作者:发表时间:2017-11-17 09:26:52

 摘 要:本文主要介绍了电磁流量计在城市供水管道流量测量过程中的安装注意事项及其测量流量的不确定度分析。

 
1 概述
        供水管网区域流量计的安装应用,是供水企业加强管网运行管理和优化供水运行调度的一项基础性工作。它对了解供水管道尤其是多水源供水管网的流向、流量及流速变化,分析管道水力条件,监测管道漏损情况,具有积极的作用。
 
2 安装注意事项
        当前适合测量大口径供水主干管道的流量计主要有:电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计、孔板流量计等。这其中,电磁流量计因其具有测量精度高、量程范围大、压力损失小、测量通道通过性好、受流体介质影响小和前置直管段要求短等诸多优点,近年来已被越来越多的供水企业所广泛使用。但用电磁流量计对城市供水管道流量的测量时要注意以下注意事项: 电磁流量计的安装与调试相对其它流量计要求更为严格,安装地点应避免振动和强磁场,在安装时必须使变送器和管道有良好的接触及接地;在管道流速与速度分布不符合设定条件或被测量管段中存留有气体时,将会产生较大的测量误差;管道流速过低时,放大和测量与干扰信号相同数量级的感应电势较为困难,且仪表易产生零点漂移现象;供水管道结垢或磨损改变内径尺寸后,将影响原定的流量值,从而造成测量误差。如 100mm 口径仪表内径产生 10%变化,将会带来约 2%附加误差;沉淀物附着在测量管道内壁或电极上时,将使变送器输出电势发生变化,并带来测量误差。当电极上污垢物达到一定厚度后,甚至可能导致仪表无法测量。
 
        因电磁流量计具有上述局限性,因此在其安装、调试和使用、维护过程中,我们还需要特别加以注意:电磁流量计应尽量选择安装于长距离直管段位置,远离管道弯头、阀门等局部阻力件,以避免因管道流速频繁变化,而造成的测量误差;电磁流量计应避免安装在供水管网的高点位置,情况特殊管段前后位置应适当设置管道排气设施,以减少管段存留气体的影响;电磁流量计应避免安装于变压器、电机房等易产生较大磁场设备的附近,以免受到电磁干扰。若必须安装于此类位置,应考虑相应的屏蔽措施;电磁流量计应尽量远离加压泵站、重型车道等有较大振动源位置安装,若不可避免,应采取加固措施来稳定仪表附近的管道;电磁流量计变送器外壳、屏蔽电缆、测量本体及两端的管道都应接地,接地极应单独设置,接地电阻应小于 10 欧姆,禁止接到电气或公共接地网上;在垂直管道上安装时,被测流体的流向应自下而上。在水平管道上安装时,两个测量电极不应在管道的正上方或正下方位置;应确保电磁流量计上、下游端直管段长度至少分别应达到装置管道直径的 5 倍和 2 倍;应确保电磁流量计所处环境不受积水浸泡和腐蚀性气体侵害。
 
        即便我们严格按照上述注意事项进行电磁流量计的安装调试和维护管理,也只能说最大程度减少了设备误差率的发生。依据 JJG1033 -2007《电磁流量计》相关标准,结合实际运行条件及状况,下面将对电磁流量计测量城市供水管道流量的测量不确定度展开具体分析。
 
3 测量不确定度评定
3.1.1 测量依据:JJG1033 -2007《电磁流量计》检定规程
3. 1. 2 主要测量标准器:0. 5 级的电磁流量计
3. 1. 3 校准对象及参数:城市供水管道流量 Q
3. 1. 4 工作原理:在封闭管道中,设置一个与流动管道相垂直的磁场,通过测量导电的液体在磁场中运动所产生的感应电动势推算出流量 Q,即 20171117093038.jpg如下图 1 为例(        安装位置应置于外界磁场、机械振动及噪场应小到对流量计测量影响忽略不计),(C、D 处装有两个垂直于管轴的电极)。
电磁流量计感应电动势推算原理
        式中,Q—校准时标准器换算到流量计处状态的累积流量值;
        U—直流式电磁流量计用来测量流体横越磁场时所感生的电动势;
        B—磁场;
        A—管道横截面积;
        d—管道直径;
        k—修正系数,用来修正导出公式时未计及的因素(如流量计管道内的流速事实上并不均匀)的影响。在常用的流量计中,k 约为 0. 8,但对于特定尺寸、用于特定工况的电磁流量计,则要用容积法(一定时间内流过的容积)标定 k 值;
        q—校准时流量计显示的累积流量值;即 Q = q。
 
        注:本次实验中,由于温度对本次实验测量各分量影响较小,故可不考虑温度的影响。
 
3. 2. 1 测量模型
        Q = q
3. 2. 2 方差和传播系数
        20171117093057.jpg
          20171117093119.jpg
3. 2. 3 标准不确定度来源
        (1)0. 5 级电磁流量计最大允许误差引入的标准不确定度分量
        (2)流量测量重复性引入的不确定度分量
 
4 输入量的标准不确定度评定
4. 1 本次校准使用 0. 5 级的电磁流量计作为测量标准装置,均匀分布,则
        20171117093140.jpg
4. 2 测量重复性引入的不确定度
        本次分析以对某自来水站出水管道上电磁流量计测量的流量结果为例,满管累积流量测量,所测管道内径为600mm。测量 3 组数据,每组测量 3 次,每次 10min。仅将每组平均值及处理数据录入表 1。
校准数据
        由表 1 可知,测量重复性引起的不确定度Ur2 =Ur(q)r=Smaxi =0.160%
 
5 标准不确定度汇总表
        标准不确定汇总表
5. 1 测量不确定度的合成与扩展
根据 4. 1、4. 2 计算的各不确定度分量计算合成标准不确定度
        20171117093244.jpg
6 扩展不确定度的评定
        取扩展因子 k =2,则电磁流量计对城市供水管道流量测量值的扩展不确定度:20171117093301.jpg
 
版权:自贡水务投资集团有限公司:赵淞江、 刘小红
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