电磁流量计系统测试与校准实验

    摘要：本章首先对系统模块进行测试，然后介绍了模拟信号发生器、转换器校准实验方法，最后给出实际流体标定实验的数据和结论。

   5．1系统性能测试

   本系统的实现大量采用***仪表设计技术，本节对开关式恒流源励磁模块、通用输入开关式稳压电源和空管检测功能的性能做了测试。

   5．1．1开关式恒流源

   由于电磁流量传感器线圈的内阻会随着使用时间和温度而产生漂移。当线圈阻值在一定范围内变化时，如果恒流源无法保证有很的精度，那么线圈内阻变化就会造成传感器磁场强度的变化，磁场强度的变化会使测量出现误差。因而恒流源能在多大范围线圈阻值内保持相应的精度成了电磁流量计一个重要的性能指标。同时，大范围的适应电阻变化，可以使得转换器配用不同口径的传感器时无需对电路进行调整。所以开关式恒流源稳定性的测试有着重要的意义。开关式恒流源的实验条件为：在常温下，输入电源为220伏交流，使用水泥电阻来代替线圈内阻。实验数据表格见表5—1。表5—1恒流源实验数据线圈内阻(o) 输出恒流(mA) O 244 17 244 68 244 75 242 开关式恒流源设计的理论值为线圈内阻从O～70Q恒流源均可以满足要求。实验结果表明线圈从0～68欧姆逐渐增大，励磁恒流源的输出一直保持恒定，电流测量仪表观察不到电流的变化，恒流源达到了设计目标。

   5．1．2***输入式开关稳压电源

   ***输入式开关稳压电源的实验目的是测试系统抑制电源电压波动的能力。实验条件为：在常温下，使用水泥电阻来代替线圈内阻。实验装置图见图5***l， 实验数据表格见表5～2。自耦变压水泥电阻图5—1开关电源实验原理图表5—2开关电源实验数据l交流输入(v) 线圈内阻(Q) 输出恒流(mA) 50 0 244 50 68 244 248 O 244 248 68 2“ ***输入式开关稳压电源的理论值是输入交流85伏～265伏均能正常工作。由于实验条件所限，能提供交流电源的上限就是248伏，所以本实验的结论是： 当输入从交流50伏～248伏变化，线圈内阻从O～68欧姆逐渐增大，励磁恒流源的输出一直保持恒定，在可分辨的精度内未观察到变化，开关电源达到了设计目标。

   5．1．3空管检测功能

    当电磁流量计的测量管中的液体未充满管道时，流量计检测的数据不能真实地反映液体的流量。若液面降低到电极以下时，两电极相当于浮空，此时转换器反而会收到很大的干扰信号，会以为有很大的流量。为此，在电磁流量计安装、使用过程中通常要求电磁流量计的管道必须充满被测液体。但在实际应用中，很难保汪管道始终充满液体。因此空管检测功能对电磁流量转换器来说是非常必要的。本系统空管检测的原理是基于检测电极之间的电阻，测量出来的是一个无量纲与电阻阻值成正比的比值，电极之间的电阻越大则测量出来这个比值就越大。当这个值超过一定的阈值，转换器就认为传感器处于空管状态，此时应关闭测量， 停止累计流量。若此时报警功能打开，还应输出报警信号。但实际使用时，由于传感器口径、测量液体和传感器与转换器之间的距离不同，难以预先设定一个统一的阈值，只能通过实验来确定这个闽值。使用方法是先做实验，分别测出空管和满管时这个正比于电阻的比值，然后取空管和满管比值的平均值作为闽值设入转换器。接着使传感器空管，看是否报警，再使传感器满管，看报警是否鳃除， 反复验证几次。实验证明本系统空管检测功能正常，达到设计目标。

   5．2模拟信号发生器

   5．2．1模拟信号发生器的重要性

   对于转换器的基本性能测试，需要使用信号模拟器。主要是因为转换器与传感器配套使用的互换性对于现场应用、维护修理和生产过程的分别管理有着十分重要的意义。具有互换性对于用户可以减少备件的储备、节约资源；对于厂家可以形成标准化生产、提高效率、保证质量、降低成本。由于传感器的励磁器件和制造装配很难达到完全一致，磁场的有限长度与涡电流的影响，测量管的有限长度，测量管的加工均存在误差，这些因素造成实际生产的传感器测量值分散性问题难以解决。而应用模拟信号发生器使所有转换器的信号放大倍数一样后，只要在转换器内输入传感器标定系数，则所有的传感器对于转换器而言就是一致的。这就解决了由于传感器的分散性造成难以互换的难题。

  5．2．2模拟信号发生器的结构

  典型的模拟电磁流量信号发生器的工作原理图见图5—2。图5—2标准信号源原理示意图图中Rl和R12是功率电阻，其它的电阻均为精密绕线电阻，精度不低于O．05％。串联接入转换器励磁电流输出回路小阻值、纯电阻R的采样电阻，其两端的电压正比于励磁电流大小，与励磁电流的波形、相位和频率一致，可以代表流量信号。标准信号发生器是用精密、标准的纯电阻将电磁流量计转换器产生的低频矩形波励磁电流变换为高冲电压，然后经过精度、***稳定电阻分压，获得的低频矩形波微伏信号作为模拟流量信号，提供给电磁流量转换器信号输入端， 用来进行流速设定、线性检查。标准信号发生器能够模拟流量计的流向，检查电磁流量计转换器对流向的鉴别能力。本系统设计的标准信号发生器分为1l档， 从0到15m／s，并有正负两个流向。标准信号发生器实物图见图5—3。图5～3模拟信号发生器实物图

   5．3校准实验方法介绍

   为了确定电磁流量计的流量值或高流量测量值的准确度，必须对电磁流量计实施校准。校准也称为标定或***校验，包括以‘F两方面：(1)将量值传递给仪表， 确定流量标度标记所处的位置(或确定流量标度输出的信号)；(2)调整仪表的输出与标准值(参比值)进行比较高，以判别仪表准确度，测定其误差值。

  5．3。1智能电磁流量计校准方法分类

   电磁流量计的流量校准有直接测量法和间接测量法两种方法【67“91。直接测量法也称为实流校准法，是以实际流体流过被校验仪表，再用别的标准装置(标准流量计或高流量标准计量器具)测出流过流体的流量，与被校仪表的流量值作比较高。这种方法有人称为湿法标定。实流校准法获得的流量计既可靠又准确，为目前许多流量仪表(如电磁流量计、容积式流量计、涡轮流量计、科里舆利质量流量计)所采用，而且作为建立标准流量的方法。制造厂在电磁流量计出厂前均以实流校准法在流量标准校准装置(有时简称流量标准装置或流量校准装置)上完成流量量值传递过程。使用单位对定期检定和检修后的仪表亦要在流量校准标准装置上作实流校准。流量校准标准装置是按照有关标准和检定规程建立的，并由国家授权的专门机构认定，能作流量量值传递的装置，是提供流量量值的校准设备，其量值最终可溯源到质量、时阅和温度的国家计量标准。干法校准是一种间接校准法，是以测量电磁流量传感器的流通面积等结构尺寸和磁通密度B，计算流量值，获得相应的高度。千法校准是在20世纪70年代用来解决大口径电磁流量计无法实现实流校准问题的方法之--[5 71。

   5．3．2电磁流量计实流校准

  孔板流量计在流量标准装置上校准时与标准值的比较高方法可以分为流量法和总量法两类。总量法是比较高仪表的累积体积流量值V。和标准装置测得的标准体积v。，以确定仪表示值或其误差。虽然校准是在指定的流量下进行，由于比较高的量是总量， 所以对流量稳定性的要求可以低些。

   流量法则要求在预定的稳定流量下进行，仪表在预定的示值流量(q，)。下运行高段时间t后，在标准装置上收集到流过仪表的流体容积V。，求得标准流量(q。)。=vs／t，然后比较高(q。)。与(q。)。。这是传统的仪表实流校验方法，要求在t时间内流量q。有较高高的稳定性。流量仪表采用总量法校验方法后，降低了流量稳定性要求，简化了流量标准装嚣维持流量稳定性的设篪，特别在大型装景上大幅度降低了***位槽溢流所需能量消耗，这种方法己普遍为仪表制造厂所采用。但是传统的检验方法在研究和计量机构内仍处于重要地位，用来研究开发或***评定流量仪表性能。电磁流量计实流校准常用的方法有：(1)容积极时间法；(2)质量***时闻法； (3)标准流量计比较高法。前两***所用流量标准装胃称原始标准装置，后***称传递标准装置。由于前两种标定方法的设备都比较高复杂，投资较高大，不是每一个单位都有条件设置的。因此作***采用比较高简单方便的标准表比较高法。

   5．3．3标准表比较高法

   标准表比较高法是用精度高介等级的标准流量计与被校验流量仪表串联，流体同时流过二***，比较高二***的示值，确定被检表的误差，达到校准的目的。此方法费用低，操作简单，国家技术监督局制作了相应的“检定规程”，颁布有JJG 643 --94《标准表法流量标准装置检定规程》。装置准确度应不低于被检表准确度的1／2。标准表的前后直管段，～般不小于同类型普通表直管段的长度，被校表的前后直管段，应满足表说明书要求。标准表和被校表之间连接管段的容积，在满足直管段要求的条件下尽量小。流量调节阀一般应安装在表的下游侧，调节性能要稳定。

   5．3．4流量仪表精度传递的准确度分析

   流量单位的值传递历来是按照检定系统的规定，由不同准确度的计量器具(不同的流量标准装置或标准流量计)所组成的不连续等级进行的，且应满足相邻等级准确度不相等原则。如果以8表示流量值的复现误差，i为准确度等级序号，则必须满足6 I+l>6，。目前的所有检定规程中，作为必备的条件之一***，都有类似的表述：JJG 198—94装置的误差应不超过被检流量计基本误差限的1／2； JJG 643--94装置的准确度应不低于被检表准确度的1／2； JJG 257—94装置准确度应优于检流量计基本误差限的1／2； JJG 897—95装置准确度应优于检流量计基本误差限的1／3； JJG 667—97装置的误差一般不超过流量计基本误差限的1／3，***不超过流量计基本误差限的1／2； 这意味着检定0．2***到0．5***的精度流量仪表(如涡轮流量计、电磁流量计、科里奥利质量流量计等)时，对流量标准装置提出很要求。一个简单检定方案随着需求被提出。这里涉及到一个等精度传递的概念。国外已成功地把等精度传递的理论应用于实际传递系统，将一个流量范围很小的高流量基准通过*全系列传递链将流量单位传递给生产中使用的流量仪表[70]。下面介绍一下等精度传递的概念171】： 根据相邻等级准确度不相等原则，不能用准确度等级为6的流量标准装置对同样准确度等级的被检流量仪表进行检定。然后，对于标准表法流量标准装置， 不管标准表是A类仪表，还是B类仪表，当定点使用时，流量标准装置的准确度6为6=±[E：+E；+E；+E；]“2 (5—1) 式中E。为检定标准表用的流量标准装置的准确度；Er为标准表单次测量的***限相对误差，使用仪表系数和不使用仪表系数时分别取式(5—2)和式(5—3) 的***值。㈨***+t。警×10慨(51) (E，)。：±t。墼些×100％ (5—3) qj 式中：o K和o co分别为某检定点上仪表系数的标准偏差(使用仪表系数利) 和流量修正值的标准偏差(不使用仪表系数时)。EI和E2分别表示在标准表不带配套仪表一起检定时以及在检定条件与使用条件不符的情况下所引起的附加误差。从式(5—1)可以看出，如果暂时不考虑E，和E2，且将标准表固定在某一检定点使用时，Er的值就是标准表在该检定点的重复性误差。实践已经证明，某些仪表(如电磁流量计、涡轮流量计和科里奥利质量流量计等)的重复性非常好，甚至比B要超出一个量***。由式(5—1) 可以看到，当Er

    根据等精度传递系统的实验‘721，可以得出以下结论：首先，用重复性误差小的流量仪表作为传递标准组建标准表法流量标准装置，采用定点检定法可以使装置准确度接近上******标准装置的准确度，所以，上******标准装置的准确度几乎可以不受损失地传递给下******标准装置；其次，用等精度传递的方法建立高压大流量范围的标准表法标准装置，无论是装置的综合性能，还是建立装置的经济性都比传统方法有明显优势：最后，在等精度传递的基础上，高流量基准可以是一个流量范围比较高小，但准确度很的流量标准装置。用等精度传递的方法，可以建立扩大流量范围的工作基准，并逐步传递到各个大流量检定站和各种流量仪表。使整个流量量值传递链经济实用。