电磁流量计校准方法——修正因子θ法

马力 任学弟 陈超 秦亭亭 / ．上海交通大学；．上海市计量测试技术研究院

电磁流量计校准方法
——修正因子θ法

马力1任学弟2陈超2秦亭亭2/ 1．上海交通大学；2．上海市计量测试技术研究院

针对可调K系数的电磁流量计的周期性校准工作，依据国家计量检定规程JJG 1033-2007《电磁流量计》的要求，研究了电磁流量计线性特征，引入系数修正因子θ，介绍了在不对流量计的线性度调整而仅对其斜率K进行调整的前提下，将流量计的最大误差调整到当前线性最优情况的一种快速有效的方法。

电磁流量计；校准方法；线性特征；K系数；系数修正因子θ

0 引言

电磁流量计作为一种应用电磁感应定律的新型流量计，由于其各方面性能都比较均衡的特性，现在已经发展成为各行各业液体流量计量的主流流量计。上海市计量测试技术研究院，自建成扩展不确定度为U = 0.05%（k = 2）的静态质量法水流量标准装置和U = 0.20%（k = 2）的标准表法水流量标准装置后，每年均完成千余台电磁流量计的检定和校准工作。在实际工作中，绝大多数经过一遍完整的示值误差项目检测过程之后被发现示值误差超差的电磁流量计，通过分析观测和计算得出其线性度并没有超差，符合其铭牌的准确度等级的要求，仅仅是流量计线性整体发生了偏移，通过调整表内K系数的数值，可以将流量计调整至规定要求范围内。本文通过研究电磁流量计的线性特征，通过理论推导，找到一种快速将流量计调整至最优的方法——修正因子θ法。

1 电磁流量计的线性特征

随机选取30台0.5级量程比为1∶10的电磁流量计进行示值误差项目的校准，依据JJG 1033-2007《电磁流量计》国家检定规程[1]，使用静态质量法水流量标准装置对每台电磁流量计qmax、75%qmax、50%qmax、25%qmax和qmin流量点分别进行逐点每点三次的测试，测试完成后对每点的平均示值误差进行计算。

经过计算和统计，30台电磁流量计中，示值误差极值出现在qmax和qmin流量点的概率为60%。

计算30台流量计的各流量点的平均示值误差。得出的误差数据，如表1所示。

表1 30台流量计平均示值误差表

根据表1绘制流量计特征曲线，如图1所示。

图1 30台电磁流量计平均线性图

可以看出，这些电磁流量计的平均示值误差的线性是基本平直的，并且其正误差最大点和负误差最大点分别出现在100%qmax和qmin上。由于这些流量计是随机选取的电磁流量计，其线性特征也可以看作这类电磁流量计的线性特征。

2 电磁流量计的校准

通过电磁流量计的线性特征分析，可采用以下简便方法对电磁流量计的K系数进行调整，校准电磁流量计。

2.1 电磁流量计的输出流量qv和仪表系数K之间的关系

根据法拉第电磁感应定律，当电磁流量计内的导电液体沿着测量轴向运动时，导电液体切割磁感线产生感应电动势，该感应电动势由两个电极检出，其数值大小与流速成正比，为

式中：ε——感应电动势；

B——磁感应强度；

v——导电液体平均流速；

D——电极间距；

K——仪表系数

式中：qv——被测流量计流量示值

将式（1）代入式（2），得

可见仪表系数K与流量示值qv成正比。

2.2 引入被测电磁流量计的K系数修正因子θ

引入K系数的修正因子θ，它与调整前后的K系数满足关系

式中：Kt——被测流量计调整后的K系数；

K0——被测流量计调整前的K系数；

θ——K系数修正因子

2.3 电磁流量计的示值误差

电磁流量计的示值误差公式

式中：E——单点示值误差；

qs——标准流量值

2.4 计算被测电磁流量计的K系数修正因子θ

被测流量计经过qmax、75%qmax、50%qmax、25%qmax和qmin流量点的示值误差检测，找出所有流量点中示值误差的最大值，记为Emax0；找出所有流量点中示值误差的最小值，记为Emin0。

假设在不调整被测流量计线性的前提下，将被测流量计调整至最优状态时，此时被测流量计所有流量点中示值误差的最大值，记为Emaxt；被测流量计所有流量点示值误差的最小值，记为Emint。

其关系应满足Emaxt= -Emint，则

调整前和调整后，应满足方程组

式中：qv1、qv2、qv3、和qv4——被测流量计出现Emax0、Emin0、Emaxt和Emint的流量点的示值；

qs1、qs2、qs3、和qs4——标准器出现Emax0、Emin0、Emaxt和Emint的流量点的示值；

ε1、ε2、ε3和ε4——被测流量计出现Emax0、Emin0、Emaxt和Emint的流量点的感应电动势值

式（7）+式（8），式（9）+式（10）=（6），得

将式（11）、式（12）代入式（4），得

则有修正因子θ的计算公式

由电磁流量计线性特征得出的结论

式中：Eqmax——被测电磁流量计最大流量点的示值误差；

Eqmin——被测电磁流量计最小流量点的示值误差

则得出修正因子θ的简便计算公式

3 电磁流量计系数修正实例

选取一台未进行修正的电磁流量计，进行示值误差检测，得到误差数据如表2所示。

表2 流量计修正前误差表

得到修正因子

得到修正后的系数

Kt= K0θ = K0×1.002 05

显然，由Kt得到理论修正后误差数据，如表3所示。

表3 流量计理论修正后误差表

而对电磁流量计实测后，根据实测的仪表系数得到的修正后误差数据如表4所示。

表4 流量计实际修正后误差表

把表2、表3、表4中的修正前、理论值和实际值的误差曲线图放在同一图中，如图2所示。

图2 流量计误差曲线比较图

从图2可见，修正后流量计的示值误差符合0.5级要求，修正结果和理论修正值重合性良好。

4 结语

本文针对电磁流量计周期性校准工作，根据对若干台电磁流量计线性特性分析研究，并引入系数修正因子θ及计算公式，通过数据分析、处理和理论推导，得出了有效和简便的电磁流量计校准方法，为电磁流量计日常校准工作提供理论基础，提高了电磁流量计校准的工作效率，对电磁流量计的校准提出了具体可行的参考方法，从而进一步提高校准质量。

[1]全国流量容量计量技术委员会. JJG 1033-2007电磁流量计[S]. 北京：中国计量出版社，2007.

[2]中国计量科学研究院. JJG 164-2000液体流量标准装置[S]. 北京：中国计量出版社，2000.

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[5]任学弟，陆敏，葛志松，等.计量测试技术和标准在新能源和传统能源中的作用不可或缺[J].工业计量，2012（02）：51-53.

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[8]屈敏，冯江.插入式流量计仪表系数K及其影响因素[J].自动化仪表，2003（05）：20-23.

Research on calibration method of electromagnetic fl owmeter of correction factor θ method

Ma Li1，Ren Xuedi2，Chen Chao2，Qin Tingting2
（1. Shanghai Jiaotong University；2.Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology）

For calibration of electromagnetic flowmeter with adjustable coefficient K, according to the national verification regulations JJG 1033-2007Electromagnetic Flowmeters, linear characteristic of electromagnetic fl owmeter was studied and the coef fi cient of correction factor θ was introduced. This article introduces a efficient method of adjusting the fl owmeter to best condition by only changing the fl owmeter K coef fi cient value.

electromagnetic flowmeter; calibration method; linear characteristic; K coef fi cient; correction factor θ