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        電磁流量計儀表系數的線性度分析

        來源:作者:發表時間:2017-03-20 10:43:03

        摘 要:理論分析儀表系數的組成,通過標定實驗,用不同的流速點擬合獲得不同的儀表系數,然后在不同流速下對不同的儀表系數進行驗證,通過對標定驗證結果的分析,發現電磁流量計儀表系數并非絕對線性,儀表系數線性度對不同流速下的測量精度具有明顯的影響,該分析結論對于電磁流量計的設計及生產均具有非常重要的參考價值。

        1  引言
        電磁流量計由于無壓力損失、成本相對較低等優點,其應用越趨廣泛,同時也要求電磁流量計朝著更加穩定、精度更高、重復性更好和使用壽命更長的方向發展。因此,如何提高電磁流量計的測量精度這一課題具有非常重要的研究意義。

        2  電磁流量計基本原理
        電磁流量計是一種測量導電液體流量的儀表,傳感器部分主要由線圈,測量電極,鋼管和絕緣內襯組成,如圖1所示。其工作原理是:由電源驅動線圈,在管道內形成穩定磁場,電極、電極導線及兩電
        極間的液體組成封閉回路,當導電液體流過時,切割磁力線,在電極兩端產生感應電動勢。

        電磁流量計工作原理

        假設磁場B均勻,根據法拉第原理:
        E=B×L×V
        目前,電磁流量計的設計均基于這一理論基礎。

        3  電磁流量計儀表系數
        當一臺電磁流量計完成裝配后,在同一工作環境或溫度下,其線圈參數是相對固定的,因此,電流穩定后,磁場強度B是固定的,而兩電極間的距離L也是恒定的,因此感應電動勢E值與導電液體的流速V成正比。

        變送器收集電極的電壓信號,進行放大,濾波降噪,以脈沖頻率或其它方式輸出流量信息。本文以脈沖頻率輸出為例,其脈沖頻率與電極間的感應電動勢成正比關系,即脈沖頻率與感應電動勢一一
        對應,目的是建立數據傳輸過程中信號值的較少性,因此有:
        P=μ×E
        上式中,P為輸出脈沖頻率,μ為正比系數,因此
        有:
        P=μ×B×L×V
        即輸出脈沖頻率P與介質流速V成正比,令
        K=μ×B×L,則有:
        P=K×V

        P-V關系直線

        在電磁流量計行業,定義K為增益,它是電磁流量計儀表系數的重要組成部分。一臺理想的電磁流量計,輸出脈沖頻率與介質流速之間的關系如圖2所示。然而,在實際的生產過程中,由于受生產工藝穩定性的影響,會累積各種誤差,累積誤差在輸出脈沖頻率與介質流速間的關系中,分為增益誤差與零點偏置誤差,增益誤差表現為每臺電磁流量計的增益K i(i=1,2,3,...)值是不同的,而偏置誤差表現為零點漂移,即在零流速下,輸出脈沖頻率不為零,因此:P=K i ×V+b i另外,每臺流量計的增益K i 及零點偏置值b i 均不一樣,由增益與零點偏置組成每臺電磁流量計的儀表系數。


        由于受生產效率的限制,基于以上理論,電磁流量計的標定普遍采用兩流速點標定,然后擬合成直線,從而計算出增益與零點偏置值。但是兩點擬合具有局限性,在不同流速下,兩點擬合獲得的儀表系數是否線性,以及線性度如何,目前還沒有相關的論文進行敘述或分析,因此通過標定試驗分析,研究電磁流量計實際儀表系數的線性度,及其對精度的影響,具有非常重要的意義。

         實驗步驟
        選擇DN50的表進行標定實驗,整個實驗過程中只采用一次安裝,實驗的具體步驟如下:地衣步:通過0.3m/s與3.0m/s兩流速點標定,獲得兩點標定的儀表系數K1,并在0.3m/s,0.9m/s,1.8m/s,3.0m/s,4.6m/s的流速下驗證儀表系數,每個流速驗證5次;第二步:從地衣步的驗證數據中,選擇不同的流速點擬合計算標定系數;
        (1)5個流速點進行擬合,獲得儀表系數K2;
        (2)0.3m/s與0.9m/s兩個流速點進行擬合,獲得儀表系數K3;
        (3)1.8m/s與3.0m/s兩個流速點進行擬合,獲得儀表系數K4;
        第三步:在5個流速下驗證儀表系數K2,K3,K4,每個流速各自驗證5次。

        5  實驗結果
        如表1所示為不同流速點擬合獲得的儀表系數,各個儀表系數下驗證的平均精度如圖3所示。

        6  分析
        (1)不同儀表系數在不同流速下的精度有較大的差異,在某特定流速點,精度高低受擬合點的影響;
        (2)由0.3m/s與0.9m/s兩流速點擬合獲得的儀表系數,系數驗證時,在0.3m/s與0.9m/s兩個流速下獲得的平均精度要比其他系數的高;
        (3)由5個流速點擬合獲得的儀表系數,系數驗證時,在0.9m/s,1.8m/s,3.0m/s和4.6m/s流速下獲得的精度好高;
        (4)由1.8m/s與3.0m/s兩流速點擬合獲得的儀表系數,系數驗證時,其精度與5個流速點擬合獲得的儀表系數相當;
        (5)相對與其他儀表系數,由0.3m/s與0.9m/s兩流速點擬合獲得的儀表系數與5個流速點擬合獲得的儀表系數相差較大,即低流速范圍內的儀表系數線性度要比高流速范圍內的線性度要差。

        7  結論
        電磁流量計的實際標定系數并非絕對線性,而是在一定誤差范圍內可以認為是線性的;電磁流量計標定系數的線性度是電磁流量計的測量精度的重要影響因素;

        在生產工藝一定的情況下,標定系數的算法對測量精度也有很大的影響,因此,實際生產中應根據電磁流量計的精度等級,適當調整標定工藝及標定系數的算法;

        電磁流量計的線性度應該作為一個重要的性能指標進行量化;進一步研究影響儀表系數線性度的因素具有非常重要的應用意義。

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