不同介质温度下电磁流量计特征系数的实验分析

姜 燕 苏庆文 许文达 高 璐

(1.烟台市计量所；2.国家蒸汽流量计量站)

不同介质温度下电磁流量计特征系数的实验分析

姜 燕1,2苏庆文1,2许文达1,2高 璐1,2

(1.烟台市计量所；2.国家蒸汽流量计量站)

介绍电磁流量计的工作原理，给出电磁流量计特征系数的修正公式。以水为实验介质，基于静态质量法水流量标准装置，研究了介质温度对电磁流量计特征系数的影响。结果表明：当流体温度在16.7～30.0℃时，电磁流量计相对示值误差在±0.13%以内，介质温度的影响可以忽略；当流体温度在30～63℃时，介质温度的影响不能忽略。将修正后的特征系数应用于电磁流量计测量实验中，得到DN80mm和DN100mm电磁流量计的相对示值误差的最大值为0.03%，满足实验要求。

电磁流量计 特征系数 介质温度 修正值

7

电磁流量计的测量通道是一段无阻流件的光滑直管，不易阻塞，因此适用于测量含有固体颗粒或纤维的固液两相流量。电磁流量计因具有压力损失相对较小、量程范围和口径范围宽、反应灵敏、可测量瞬时脉动流量及可测量正反两个方向的流量等特点，已广泛应用于高温化工工业现场中，实现对各种导电液体的流量测量[1～5]。

目前，电磁流量计的出厂检验与检定工作是在实验室常温参考条件下进行的，但实际工业现场通常是高温环境，与实验室参考条件有较大偏离，由此对电磁流量计造成的测量误差尚不明确。尽管学者们对电磁流量计进行了大量研究分析[3～7]，但很少涉及到流体介质温度变化对电磁流量计测量误差的影响。2017年，许瑞祥对3个不同品牌的电磁流量计进行了实验研究，提出高精度电磁流量计会受到介质温度的影响[8]。为了使检定和计量工作更加科学合理，笔者结合电磁流量计的工业现场应用条件，应用国家蒸汽流量计量站静态质量法水流量标准装置，就介质温度对电磁流量计特征系数的影响进行实验研究。

1 电磁流量计的工作原理

(1)

式中k——比例常数。

圆形截面管道的体积流量qV为：

(2)

结合式(1)、(2)可得：

(3)

定义K为电磁流量计的特征系数，该系数通常由实流标定得到。然而当介质温度升高时：流体在管道中的流场分布情况会发生变化；流体粘度变小，流速增大；传感器通径会发生变化。基于此，笔者重点研究介质温度对电磁流量计特征系数的影响。

2 电磁流量计特征系数的修正

特征系数的主要任务是将外在环境因素引起的测量误差、传感器测量管内径误差、磁感应强度误差、流速分布非轴对称性和电磁流量计制作工艺引起的误差，代入特征系数表达式并予以修正。

在温度t下，电磁流量计的特征系数Kt为：

第i个流量点第j次实测的示值误差Eij为：

每个流量点的示值误差Ei为：

每个流量点的重复性Er为：

某温度点电磁流量计的相对示值误差Et为流量计在该温度下，各流量点的相对示值误差的最大值。

3 实验与误差分析

3.1 实验方案

采用国家蒸汽流量计量站静态质量法水流量标准装置进行实验研究，流量测量范围1～600m3/h，扩展不确定度Urel=0.05%(k=2)。以水为实验介质，选取DN80mm和DN100mm的0.5级电磁流量计，每个测试点测量3次，共180次测试，研究电磁流量计特征系数随温度变化的特性。具体实验方案见表1。

表1 实验方案

3.2 实验数据与误差分析

利用蒸汽对水箱中的水进行换热，以达到目标温度；利用流量调节阀调节到目标流量后即可进行测试。实验结果如图1所示，其中Kij表示被测电磁流量计第i个流量点第j次实测的脉冲系数修正后的特征系数。可以看出，高温对被测电磁流量计特征系数的影响较明显，DN100mm电磁流量计的特征系数在高低温处的最大变化量为0.9%。特征系数在温度变化范围内的整体趋势可以分为以下3个阶段：

a. 当流体介质温度在16.7～30.0℃时，与K0相比Kt略减小，但变化不明显，可以忽略；

b. 当流体介质温度在30～55℃时，与K0相比Kt继续减小，但Kt仍趋于稳定；

c. 当流体介质温度高于55℃时，特征系数Kt在阶段b的基础上再减小。

图1 两种口径的电磁流量计特征系数随温度的变化情况

被测电磁流量计特征系数的相对误差如图2所示。

图2 两种口径的电磁流量计特征系数的相对误差

由图2可以看出，DN80mm和DN100mm电磁流量计第i个流量点第j次实测的特征系数Kij的相对误差上限分别为0.23%和0.25%，相对误差下限分别为-0.51%和-0.65%。

根据JJG 1033-2007[9]，DN80mm和DN100mm电磁流量计在不同温度下的相对示值误差和重复性见表2。可以看出，当流体温度在16.7～30.0℃时，电磁流量计的相对示值误差在±0.13%以内，笔者认为在此温度范围内，介质温度变化对电磁流量计的影响可以忽略。当流体温度在30～63℃时，电磁流量计的相对示值误差正偏，最大误差为0.60%，对于DN100mm的电磁流量计，其相对示值误差已经超出了0.5级电磁流量计的精度范围。因此，当电磁流量计用于高温环境的高精度测量时，介质温度的影响一定不能忽略。

表2 未修正电磁流量计的相对示值误差和重复性

根据上述分析，当流体温度在30～55℃时，DN80mm电磁流量计特征系数的修正值Δ80=-0.0015，DN100mm电磁流量计特征系数的修正值Δ100=-0.0019；当流体温度高于55℃时，Δ80=-0.0018，Δ100=-0.0034。因此可以得到，当流体温度高于30℃时，电磁流量计特征系数k=k0+Δ。将修正后的特征系数应用于电磁流量计测量实验中，得到DN80mm和DN100mm电磁流量计的相对示值误差最大值为0.03%。

4 结束语

笔者采用国家蒸汽流量计量站静态质量法水流量标准装置，选取DN80mm和DN100mm的0.5级电磁流量计，研究了电磁流量计特征系数随温度变化的特性。当流体温度在16.7～30.0℃时，电磁流量计相对示值误差在±0.13%以内，介质温度变化对电磁流量计的影响可以忽略。当流体温度在30～63℃时，电磁流量计相对示值误差正偏，最大误差为0.60%，对于DN100mm电磁流量计，其相对示值误差已经超出了0.5级电磁流量计的精度范围。由于本次实验测试数据有限，且流体温度仅测试到63℃，不能直接给出介质温度与电磁流量计特征系数的修正公式，故后续仍需对该课题做深入研究。

[1] 徐英华.流量计量[M].北京:中国质检出版社,中国标准出版社,2012:137～167.

[2] 马志溪.电磁流量计测定盐浆流量[J].化工自动化及仪表,1984,11(4):35～36.

[3] 张晶晶.高精度电磁流量计的研制[D].杭州:中国计量学院,2012.

[4] 肖鹏,赵霞.抗干扰技术在智能电磁流量计中的应用[J].自动化仪表,2007,28(4):9～11.

[5] 王慧.电磁流量计在稀土洗液测量及控制中的应用[J].化工自动化及仪表,1990,17(4):54～55.

[6] 李小京,王萍,卢景山.用相关算法改善电磁流量计低流速性能[J].化工自动化及仪表,2004,31(6):66～68.

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[9] JJG 1033-2007,电磁流量计检定规程[S].北京:中国标准出版社,2007.

ExperimentalAnalysisoftheCharacteristicCoefficientofElectromagneticFlowmeterwithDifferentMediumTemperatures

JIANG Yan1,2, SU Qing-wen1,2, XU Wen-da1,2, GAO Lu1,2
(1.YantaiInstituteofMetrology; 2.NationalSteamFlowrateMeasurementStation)

The working principle of electromagnetic flowmeter was introduced and formula correction for its characteristic coefficient was presented. Taking the water as experimental medium and basing on static mass method-supported water flow standard system, the water temperature influence on characteristic coefficient of the electromagnetic flowmeter was investigated to show that, when fluid temperature ranges from 16.7℃ to 30.0℃, the relative error displayed by the electromagnetic flowmeter stays within ±0.13% and the influence of medium temperature can be ignored;when the medium’s temperature stays at 30.0℃ th 63.0℃,the influence of this temperature has to be considered. Applying the revised characteristic coefficient to the measurement experiment of the electromagnetic flowmeter shows that, the maximum value of relative indication error of the electromagnetic flowmeter (DN80mm,DN1000mm) is 0.03% which satisfying experimental requirement.

electromagnetic flowmeter, characteristic coefficient, medium temperature, corrected value

TH814+.93

A

1000-3932(2017)09-0841-04

2017-03-31，

2017-04-27)

姜燕(1963-)，高级工程师，从事流量计量工作，gaolu08zdh@126.com。