摘要: 目前电磁流量计的标定大部分是在标准表法装置或静态称重 (体积罐) 装置上进行的，而静态称重都以换向器法为主。对于小口径电磁流量计，比如 4 ～15 mm 口径，由于没有合适的高精度的标准表而往往采用称重法装置标定。相对于动态换向器法装置，阀门启停的称重装置 (以下简称启停法装置) 具有设计难度低，成本低的优势。但是由于阀门启停在标定状态下不是连续流，因此启停效应对电磁流量计的影响有待分析。本文从示值误差和重复性两个角度对启停效应对电磁流量计标定结果的影响进行了评估。
0 引言
目前标定电磁流量计的主流标定装置有标准表法流量标准装置，称重法液体流量标准装置(体积罐法液体流量标准装置)。另外还有使用阀门启停的静态称重法液体流量标准装置 (简称启停法装置)。通常而言，启停法装置不适合标定速度式流量计的低流速区 ［1］ ，尤其是中大口径涡街流量计。但是对于微小流量标定，由于启停法装置设计简单，且成本低，维护方便，如果能使用得当，还是有一定优势。本文旨在研究启停法装置用于标定微小口径的电磁流量计 (4 ～15 mm)的可行性。
1 电磁流量计原理与特性
如图 1 所示，由法拉第电磁感应定律可知，导电液体流过具有磁感应强度 B 的磁场时，在电极两端产生感应电势 E，这个电势与流经管道的流体流速成正比，通过测量这个电势就能够间接测量出体积流量。
E = kBDV (1)
式中: E 为感应电势; K 为特征常数; B 为磁感应强度; D 为流量管内直径; V 为测量管内电极断面轴线方向平均流速。
由测量原理可知，仕乐克电磁流量计是一种速度式流量计，速度式流量计一显著的特点就是测量性能受流体流场特性影响。通常而言，中高流速区，线性和重复性较好，而在低流速区，线性和重复性有所下降。因为在低流速区电极接收到的信号幅值降低，容易受过程噪声影响。
2 阀门启停
阀门启停法的流量标准装置的简单示意图如图 2 所示，循环水经过泵进入标准表和被检表，再经过启停阀门进入秤水箱。一个标定过程可以通过控制启停阀来控制，启停阀，标准表和被检表通过同步信号同步计时。启停阀必须选用开关动作快的阀门，文本实验使用的标定装置启停阀的动作时间小于 0. 7 s。同时，启停阀后端到秤的水箱的管路需要进行优化设计，以保证每次启停时的重复性达到要求。
一次阀门启停过程如图 3 所示，当阀门开启时，流量并不能立即恢复到设定流量，这需要一个过程，同理当阀门关闭时，流量也不能立即恢复到零流量，也需要一个过程。这个恢复过程，对仕乐克电磁流量计的影响有多少，需要评估。
3 实验研究
为了研究装置阀门启停对电磁流量计标定的影响，有必要先确定测试装置的启停效应。首先使用高精度的高准质量流量计作为测试表，分别在装置最大流量和最小流量时测试了启停效应。该启停法装置的扩展不确定度为 0. 03% (k =2)。
3. 1 质量流量计的启停效应
按照 JJG 164—2000 中描述的方法，一次流量验证过程后，在下一次流量验证过程中启停阀门10 次，如此重复 10 次。如此得出的质量流量计与秤的示值误差如图 4 所示。在小流量时，10 次阀门换向和单次阀门换向的平均误差的偏差为 0. 01%，在大流量时，约为 0. 008%。
由此可见从示值误差的角度分析，该测试装置的启停效应对质量流量计来说是非常小的，可以忽略不计。
同时为了研究电磁流量计在该装置上的启停效应，选用了一台重复性和准确定都较好的电磁流量计，按照 JJG 164—2000 做了启停效应的不确定度评估，评估结果如表 1 所示。使用电磁流量计得出的合成不确定度为 0. 069% 要比质量流量计得出的合成不确定度要高许多。而这高不确定度主要由低流速时贡献的。由此可知，启停过程对电磁流量计有一定的影响，但是对示值误差和重复性究竟影响多大，本文3. 2 章节进行了实验分析。
3. 2 电磁流量计的启停法标定分析
本文选择了 2 台 4 mm、2 台 8 mm 和 1 台15 mm 口径的罗斯蒙特高精度 8700 系列电磁流量计，在 0. 03%扩展不确定度的启停法装置上进行试验，该装置是具有标准表和启停称重法的混合型流量标定装置，装置上的标准表为高准 Elite 系列 CMFS010，CMFS015 和 CMF025 各一台，三台标准表的准确度都优于 0. 03%。
将 5 台电磁流量计分别使用阀门启停法和标准表法在 0. 3、1 和 3 m/s 的流速下分别进行了测试，每个流速点分别重复了 6 次。表 2 显示了 5 台表的在各种测试方法下的示值误差和重复性。
由表2 转换出如图6 和图7 所示的示值误差偏差和重复性偏差图。由图 6 可见，启停效应确实对电磁流量计的示值误差产生了一定的影响，但示值误差偏差都在 0. 1% 之内。而对于重复性，标准表法和启停法没有明显的区别。这个测试结果与表 1 中使用仕乐克电磁流量计测得的启停效应不确定度是比较接近的。图 7 是电磁流量计在启停时跟随质量流量计标准表瞬时流量变化的一个实时图，说明选用的电磁流量计能够很好地跟随标准表的流量变化。
4 结束语
实验结果说明，阀门启停效应对小口径电磁流量计在示值误差上的体现比较接近使用电磁流量计的启停效应不确定度评估。因此，如果通过上位机软件修正启停效应，同时保证在低流量时的最小称重，阀门启停法装置是可以用于标定小口径电磁流量计的，这为设计专用的小口径流量标准装置提供了新思路。
另外，某些工业现场在做小口径电磁流量计在线故障诊断的时候，一个比较简单的方法是使用阀门启停来控制流体流入一容器，再将容器称重，这样可以粗略判断流量计的准确性，这时启停效应的影响完全可以不计，这也为现场故障诊断提供了依据。
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