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            淺談電磁流量計對城市供水管道流量測量的應用及測量不確定度評定

            來源:作者:發表時間:2017-11-17 09:26:52

             摘 要:本文主要介紹了電磁流量計在城市供水管道流量測量過程中的安裝注意事項及其測量流量的不確定度分析。

             
            1 概述
                    供水管網區域流量計的安裝應用,是供水企業加強管網運行管理和優化供水運行調度的一項基礎性工作。它對了解供水管道尤其是多水源供水管網的流向、流量及流速變化,分析管道水力條件,監測管道漏損情況,具有積極的作用。
             
            2 安裝注意事項
                    當前適合測量大口徑供水主干管道的流量計主要有:電磁流量計、超聲波流量計、渦街流量計、孔板流量計等。這其中,電磁流量計因其具有測量精度高、量程范圍大、壓力損失小、測量通道通過性好、受流體介質影響小和前置直管段要求短等諸多優點,近年來已被越來越多的供水企業所廣泛使用。但用電磁流量計對城市供水管道流量的測量時要注意以下注意事項: 電磁流量計的安裝與調試相對其它流量計要求更為嚴格,安裝地點應避免振動和強磁場,在安裝時必須使變送器和管道有良好的接觸及接地;在管道流速與速度分布不符合設定條件或被測量管段中存留有氣體時,將會產生較大的測量誤差;管道流速過低時,放大和測量與干擾信號相同數量級的感應電勢較為困難,且儀表易產生零點漂移現象;供水管道結垢或磨損改變內徑尺寸后,將影響原定的流量值,從而造成測量誤差。如 100mm 口徑儀表內徑產生 10%變化,將會帶來約 2%附加誤差;沉淀物附著在測量管道內壁或電極上時,將使變送器輸出電勢發生變化,并帶來測量誤差。當電極上污垢物達到一定厚度后,甚至可能導致儀表無法測量。
             
                    因電磁流量計具有上述局限性,因此在其安裝、調試和使用、維護過程中,我們還需要特別加以注意:電磁流量計應盡量選擇安裝于長距離直管段位置,遠離管道彎頭、閥門等局部阻力件,以避免因管道流速頻繁變化,而造成的測量誤差;電磁流量計應避免安裝在供水管網的高點位置,情況特殊管段前后位置應適當設置管道排氣設施,以減少管段存留氣體的影響;電磁流量計應避免安裝于變壓器、電機房等易產生較大磁場設備的附近,以免受到電磁干擾。若必須安裝于此類位置,應考慮相應的屏蔽措施;電磁流量計應盡量遠離加壓泵站、重型車道等有較大振動源位置安裝,若不可避免,應采取加固措施來穩定儀表附近的管道;電磁流量計變送器外殼、屏蔽電纜、測量本體及兩端的管道都應接地,接地極應單獨設置,接地電阻應小于 10 歐姆,禁止接到電氣或公共接地網上;在垂直管道上安裝時,被測流體的流向應自下而上。在水平管道上安裝時,兩個測量電極不應在管道的正上方或正下方位置;應確保電磁流量計上、下游端直管段長度至少分別應達到裝置管道直徑的 5 倍和 2 倍;應確保電磁流量計所處環境不受積水浸泡和腐蝕性氣體侵害。
             
                    即便我們嚴格按照上述注意事項進行電磁流量計的安裝調試和維護管理,也只能說**大程度減少了設備誤差率的發生。依據 JJG1033 -2007《電磁流量計》相關標準,結合實際運行條件及狀況,下面將對電磁流量計測量城市供水管道流量的測量不確定度展開具體分析。
             
            3 測量不確定度評定
            3.1.1 測量依據:JJG1033 -2007《電磁流量計》檢定規程
            3. 1. 2 主要測量標準器:0. 5 級的電磁流量計
            3. 1. 3 校準對象及參數:城市供水管道流量 Q
            3. 1. 4 工作原理:在封閉管道中,設置一個與流動管道相垂直的磁場,通過測量導電的液體在磁場中運動所產生的感應電動勢推算出流量 Q,即 20171117093038.jpg如下圖 1 為例(        安裝位置應置于外界磁場、機械振動及噪場應小到對流量計測量影響忽略不計),(C、D 處裝有兩個垂直于管軸的電極)。
            電磁流量計感應電動勢推算原理
                    式中,Q—校準時標準器換算到流量計處狀態的累積流量值;
                    U—直流式電磁流量計用來測量流體橫越磁場時所感生的電動勢;
                    B—磁場;
                    A—管道橫截面積;
                    d—管道直徑;
                    k—修正系數,用來修正導出公式時未計及的因素(如流量計管道內的流速事實上并不均勻)的影響。在常用的流量計中,k 約為 0. 8,但對于特定尺寸、用于特定工況的電磁流量計,則要用容積法(一定時間內流過的容積)標定 k 值;
                    q—校準時流量計顯示的累積流量值;即 Q = q。
             
                    注:本次實驗中,由于溫度對本次實驗測量各分量影響較小,故可不考慮溫度的影響。
             
            3. 2. 1 測量模型
                    Q = q
            3. 2. 2 方差和傳播系數
                    20171117093057.jpg
                      20171117093119.jpg
            3. 2. 3 標準不確定度來源
                    (1)0. 5 級電磁流量計**大允許誤差引入的標準不確定度分量
                    (2)流量測量重復性引入的不確定度分量
             
            4 輸入量的標準不確定度評定
            4. 1 本次校準使用 0. 5 級的電磁流量計作為測量標準裝置,均勻分布,則
                    20171117093140.jpg
            4. 2 測量重復性引入的不確定度
                    本次分析以對某自來水站出水管道上電磁流量計測量的流量結果為例,滿管累積流量測量,所測管道內徑為600mm。測量 3 組數據,每組測量 3 次,每次 10min。僅將每組平均值及處理數據錄入表 1。
            校準數據
                    由表 1 可知,測量重復性引起的不確定度Ur2 =Ur(q)r=Smaxi =0.160%
             
            5 標準不確定度匯總表
                    標準不確定匯總表
            5. 1 測量不確定度的合成與擴展
            根據 4. 1、4. 2 計算的各不確定度分量計算合成標準不確定度
                    20171117093244.jpg
            6 擴展不確定度的評定
                    取擴展因子 k =2,則電磁流量計對城市供水管道流量測量值的擴展不確定度:20171117093301.jpg
             
            版權:自貢水務投資集團有限公司:趙淞江、 劉小紅
            轉載本文請注明原文作者和版權。
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