摘要通過對供水行業(yè)電磁流量計在線檢查和驗證的一些方法的比較。進(jìn)而對各種不同方法在不同應(yīng)用場
合的*性和適應(yīng)性進(jìn)行分析，重點介紹CalMaster電磁流量計在線周期檢定和檢查，探索電磁流量計在線
驗證新的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞電磁流量計比對在線驗證

引言
電磁流量計是當(dāng)前應(yīng)用于電解質(zhì)溶液流量測量zui廣泛的儀表之一，一般只要電導(dǎo)率在
5蜩／cm以上即可，所以在水行業(yè)，不管是自來水、原水取水還是污水處理等領(lǐng)域都可以使用，
且往往適用較大口徑，zui大口徑達(dá)到甚至超過3m。
按IS09000《質(zhì)量管理體系》的要求，測量儀表必須在受控狀態(tài)下運行，JJGl98-94《速
度式流量計檢定規(guī)程》也規(guī)定必須定期檢定。流量儀表流量值的檢查方法通常有離線檢查和
現(xiàn)場在線檢查兩種方法。離線法流量檢查將儀表卸離管線送至實驗室流量校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行實
流校準(zhǔn)。然而大口徑電磁流量計，尤其在供水工程管網(wǎng)中，一般都不設(shè)旁路管和相應(yīng)的截止
閥，而且儀表一旦調(diào)試完畢投入運行后，不允許停止輸水，大口徑水管更不允許隨意切斷水
流停役拆卸流量傳感器實旅離線校準(zhǔn)，且因工程費用浩大不易實現(xiàn)。這一難題在2003年11
月中國水協(xié)設(shè)備委召開的“流量儀表應(yīng)用技術(shù)研討會"上成為討論熱點。在實踐中，各供水
企業(yè)根據(jù)各自使用條件，探索若干在現(xiàn)場比對或間接檢驗(查)的方法，驗證和評估流量儀
表的流量測量值仍保持或已超過原始校準(zhǔn)精度等級范圍內(nèi)，作為是否可繼續(xù)使用或需進(jìn)一步
檢查的依據(jù)。
流量儀表的實流校準(zhǔn)是確立被校準(zhǔn)流量儀表指示值與原始標(biāo)準(zhǔn)器或傳遞標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)值之
間關(guān)系的一組操作過程。將標(biāo)準(zhǔn)值傳遞給被校準(zhǔn)儀表是有法定計量性質(zhì)的川；現(xiàn)場比對是在
規(guī)定條件下用相同(或相近)度等級儀表量值進(jìn)行比較，是沒有計量法定性質(zhì)的操作：
在線驗證是在現(xiàn)場通過檢查和提供客觀證據(jù)表明規(guī)定要求下已經(jīng)滿足的認(rèn)可，即確認(rèn)被驗證
的在線流量儀表的本體性能狀態(tài)和條件符合為實現(xiàn)其原始度要求而必須滿足的本體性
能狀態(tài)和條件：電磁流量計是目前水行業(yè)大口徑流量測量應(yīng)用的主流儀表，通過分析大口徑
流量儀表在常用的現(xiàn)場比對和在線驗證的問題，結(jié)合電磁流量計本身的一些特點，探討電磁
流量計在大口徑流量測量方面的現(xiàn)場比對和在線驗證方法的改進(jìn)及發(fā)展展望，是本文的目的

323
所在。
目前實際應(yīng)用的現(xiàn)場比對方法主要有清水池容積法、串聯(lián)管段式儀表法、外夾裝(外貼)
式換能器超聲流量計法和插入渦輪流量計法等。本文論及的在線驗證方法即指目前處于發(fā)展
階段的各種電磁流量計的在線檢查驗證。
1清水容積法現(xiàn)場比對
清水容積法比對是供水業(yè)經(jīng)常采用的傳統(tǒng)方法。具體方法是：利用高精度的鋼尺丈量清
水池的尺寸，地計算出清水池面積，并對照圖紙熟悉相關(guān)的閥門。確定用水容量，對供
水影響較小的時段作為比對的實驗時間，制定詳細(xì)計劃，安排人員。首先將清水池內(nèi)水位調(diào)
至高水位，取水泵房停機(jī)，關(guān)閉相應(yīng)閥門，確認(rèn)沉淀池集水槽不再出水，濾池過濾完畢。待
清水池水位穩(wěn)定后測量記錄水位；然后與秒表對時，打開送水閥，供水泵房開機(jī)送水。t小
時后供水泵房停機(jī)，待水位不再變化時記錄水位，得到水位變化值么h。廠裝流量計、標(biāo)準(zhǔn)
表按校對的時間自動記錄數(shù)據(jù)，將累計流量終值減去累計流量初值得到各自t小時的累計流
量。清水池的容積變化直接通過測量水位變化計算出來。比對原理如圖1所示。
l——取水泵2——取水閥3——過濾池4一清水池
5——被校電磁流量計伊—。供水閥7_——供水泵
圖l 水廠大型水池容積法現(xiàn)場比對原理圖
容積法的主要誤差來源有以下一些方面：首先是水池面積的丈量誤差。水池容積用幾何
丈量法的度一般能達(dá)到0．2％～0．5％：其次，水池水位下降的測量也產(chǎn)生誤差，不管采用
重錘法還是水位儀法，作為計算容積的重要參數(shù)之一，要求校驗一次水位高度差盡可能大(zui
好超過Ira)，以減少水位高度讀數(shù)的相對誤差；再者，利用現(xiàn)成的水池、管道、閥門，一般
只能用總量比較。大管徑閥門開啟時間較長，因此，實流校驗時間應(yīng)盡可能長，減少啟停閥
門流量變化的影響。而且，清水池進(jìn)水閥門關(guān)閉的密實程度也產(chǎn)生誤差，要確認(rèn)水池及閥門
管道無泄漏和外流；水池處于干燥狀態(tài)還要考慮水泥的吸水量，預(yù)先浸潤。
容積法是一種zui基本、直觀、可靠的方法：許多自來水公司都實際采用此方法對電磁流
量計比對校驗，且效果明顯j若水池合適，管線布置合理、有較長的校驗時間，操作上仔細(xì)
配合好，一般可達(dá)到1．5曠2．5％精度，*可達(dá)到1％。
2外夾裝式換能器超聲流量計法
目前，國內(nèi)很多供水公司用便攜式超聲波流量計進(jìn)行現(xiàn)場電磁流量計的度比對“’·
一般用于現(xiàn)場比對的超聲波流量計的度和重復(fù)性約4-(1～1．5)％左右，低于被校驗電磁

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仁i旆跚5第六屆工業(yè)儀表與自動化學(xué)術(shù)會議論文集
流量計約±0．5％。但由于操作簡單易行，投入的人力物力不大，成本相對低廉，在供水行業(yè)
應(yīng)用也很普遍。
為了取得比較好的比對結(jié)果，應(yīng)該注意以下幾點：
①正確選擇測量點和進(jìn)行準(zhǔn)確的管道參數(shù)測量
測量點的選擇保證上游10倍以上管徑的直管段，下游5倍以上管徑的直管段。如
果測量點上游是泵站，距離35倍以上管徑直管段長度。測量點處的管道不能有明顯的
下降坡度。測量點處要求無焊縫、距離承插接口較遠(yuǎn)、無震動及電磁干擾源等：
管道直徑和管壁厚度要用大卡尺和測厚儀分別多點測量后取其平均值，管道內(nèi)徑誤差1％
會引起測量值產(chǎn)生2％的誤差，所以必須準(zhǔn)確測量。管內(nèi)壁襯里材料及厚度、管壁內(nèi)結(jié)垢情況
等要盡可能直接測量。
②超聲波換能器的安裝
測量點管壁應(yīng)打磨光亮，無較深的麻坑，嚴(yán)格按超聲波流量計計算出來的距離安裝換能
器，兩個換能器必須安裝在同一軸線上。能夠用V法安裝探頭時盡量用V法安裝，與Z法比
較其聲波傳輸距離增加一倍。對較小的管徑來說．減少測量誤差明顯。換能器間距安裝偏差
1％，附加誤差l％：45。聲路角偏差I(lǐng)。，附加誤差1．7％。
換能器安裝完畢后觀察信號接收強(qiáng)度值，輕微調(diào)整換能器安裝位置與距離，使信號接收
強(qiáng)度值達(dá)到2％以上。測量值較穩(wěn)定時。查看聲波傳播時間百分比數(shù)，使其越接近100％越好。
③其他干擾的排除
在周期性比對測試中，每次測量點應(yīng)固定的*性測量點。在比對測試完成后，在換能
器的四周管壁涂刷防腐漆，取下?lián)Q能器后在安裝位置抹上黃油，并貼上一塊塑料布，用以保
護(hù)測量點。下次測量時，取下塑料布，擦掉黃油，用手錘擊打測量點，將管道內(nèi)壁新近結(jié)垢
震掉，按防腐漆所留下的標(biāo)記裝上換能器即可測量，方便準(zhǔn)確。
若聲波信號接受很弱或時有時無，則可能是管道內(nèi)壁結(jié)垢太厚，或者是管內(nèi)含有大量氣
體，使聲波經(jīng)常被阻斷所致。可先用手錘擊打測量點，如果接受的信號強(qiáng)度不斷上升，說明
是管壁結(jié)垢引起。如擊打無效，則多為管內(nèi)含有大量氣體所致，排除氣體即可。
此外。還可以改變便攜式超聲波流量計換能器安裝位置或方式，探測現(xiàn)場管段流動狀況。
例如，沿著管圓周移動兩換能器，核對所測不同位置的線平均流速，zui大流速處可能就是zui
接近實際的平均流速位置，因為在zui不對稱位置的流速畸變所形成的平均流速讀數(shù)zui小。比
較換能器按Z法和V法安裝所測得的流速，如兩者相差很大，表明存在嚴(yán)重橫向流動，也就
是有旋轉(zhuǎn)流的跡象，應(yīng)引起注意，采取措施。
總之，用便攜式超聲波流量計對在線電磁流量計進(jìn)行比對測試，只要準(zhǔn)確操作，盡量減
少隨機(jī)誤差和附加誤差，基本上可以對電磁流量計現(xiàn)場測量的穩(wěn)定性和重復(fù)性作一個大致的
定性評估。對于確實測量不穩(wěn)定、度和穩(wěn)定性偏差較大的長期現(xiàn)場應(yīng)用的電磁流量計可
以及時檢測出來．從而采取更和更有針對性的方法和措施，滿足現(xiàn)場計量和測試的需要。
仔細(xì)操作一般可達(dá)到3％~5％的精度狀況，操作租糙時誤差甚至達(dá)到lo％。
3插入式渦輪流量計法
插入式渦輪流量計與固定安裝正在使用中的電磁流量計等作流量比對，其原理和目的等
與用便攜式超聲波流量計有相似之處。

插入式渦輪流量計組成大管徑系統(tǒng)的測量精度低(2．5％～5％)，因為即使渦輪流量傳感
器有較高的精度(流速的0．5％～1％)，但加上流通面積測量誤差以及流速分布系數(shù)／阻塞系數(shù)
的不確定性等就不～樣了，但有優(yōu)異的熏復(fù)性(0．25％～0．5％)。如果在同一位置定期用渦輪
濰量計與在用流量計比對，與新裝后比對數(shù)據(jù)比較，可以評估現(xiàn)場電磁流量計運行是否
正常準(zhǔn)確。
4串聯(lián)管段式流量儀表法
串聯(lián)管段式儀表法現(xiàn)場比對是借鑒標(biāo)準(zhǔn)表比較法的校準(zhǔn)方法演化而來的。
按JJG 643—94《標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》要求，裝置準(zhǔn)確度應(yīng)不低于被檢表準(zhǔn)
確度的1／2。標(biāo)準(zhǔn)表的前后直管段一般不小予同類型普通表直管道的長度，被校表的前后直
管段應(yīng)滿足說明書的要求。標(biāo)準(zhǔn)表與被校準(zhǔn)表之間的連接管段的容積，在滿足直管段要求的
情況下應(yīng)盡可能小。流量調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)安裝在表的下游側(cè)，調(diào)節(jié)性能要穩(wěn)定嘲。
由于在使用現(xiàn)場同時安裝一臺高精度標(biāo)準(zhǔn)表代價太高，有些自來水公司在出廠水管線安
裝兩臺電磁流量計，或在交接點供需雙方各裝一臺儀表相互比對。兩臺表的精度等級盡管一
致，但由于電磁流量計本身精度和穩(wěn)定性較高，一般可達(dá)到0．5％。所以在同一管線上正常運
行時測量值差別不大且差值穩(wěn)定有規(guī)律。若兩臺表測量值間差別出現(xiàn)異常，可以分步送檢。
一旦其中一臺儀表發(fā)生故障，另一臺照常工作，不會計量中斷而發(fā)生糾紛。
此方法雖然成本較高，需要配置兩臺電磁流量計，但在～些重要的大口徑計量和貿(mào)易結(jié)
算測量點還是比較受水行業(yè)供方和需方歡迎的。
5水泵臺時計量比照法
水泵臺時計量比照法是很早采用的經(jīng)驗方法，．目前基本不再作為正式依據(jù)，僅作為定性
維護(hù)的補(bǔ)充，有的地方還沿用著。
對于任何時候都不允許停止計量的特殊場合，當(dāng)計量用流量計有突發(fā)故障，～時又難于
排除且無法用其它流量儀表替代時，短時間幾天內(nèi)用水泵臺時計量比照法是可行的。
6 電磁流量計的在線周期檢定和檢查
上述的一些現(xiàn)場檢查和比對方法，雖然可以在某些程度上滿足供水行業(yè)大口徑電磁流量
計的周期檢查，但總體成本還是較高，操作不易，比對度也偏低。
電磁流量計的在線周期檢定和檢查，主要是通過定期對電磁流量計作全面的檢查，傳感
器不卸下管道，在線測量電極電路絕緣和勵磁線圈絕緣等傳感器重要參數(shù)和指標(biāo)；轉(zhuǎn)換器用
模擬信號器等作單獨的檢查和校準(zhǔn)，根據(jù)檢查的結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)比較，確定儀表是否繼續(xù)使
用、修補(bǔ)還是更新。轉(zhuǎn)換器的使用壽命一般15-一20年?，F(xiàn)場在線檢查電磁流量計的內(nèi)容主
要有整機(jī)零點檢查，以及流量傳感器、轉(zhuǎn)換器和連接電纜三部分分開檢查。下面以CaiHaster
檢驗器為例協(xié)_1，對電磁流量計的在線檢查和驗證進(jìn)行削析。
CalHaster是ABB公司電磁流量計的在線檢查和驗證檢驗器，是通過對幾千臺UagMaster
電磁流量計的應(yīng)用經(jīng)驗和數(shù)據(jù)收集，結(jié)合技術(shù)的發(fā)展研發(fā)的一套專門針對電磁流量計無法離
線校驗情況下的在線性能檢查和驗證的檢驗器。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要有：CalHaster
檢驗單元，包括控制盒、內(nèi)置充電電池和連接電纜；基于Windows住、Help Wizard的軟
件：一個維護(hù)包，包括幫助系統(tǒng)、在線診斷、檢驗單元。
圖2 CalMaster在線檢驗工作示意圖
CalMaster對電磁流量計的測量系統(tǒng)進(jìn)行檢查，包括電磁流量計的傳感器、轉(zhuǎn)換器以及
兩者之間的連接電纜；安裝在筆記本電腦里的軟件可以存儲檢驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行現(xiàn)場電磁流
量計使用狀態(tài)的長期趨勢分析和儀表故障預(yù)報警。
CalMaster對電磁流量計本體進(jìn)行檢驗，檢驗的內(nèi)容主要是線圈檢查、電極檢查、轉(zhuǎn)換
器檢查和電纜檢查。線圈檢查在于檢查勵磁線圈的導(dǎo)通性、線圈的阻抗、線圈對地絕緣性以
及線圈電感，檢查這些項目的值和變化值，從而推算出磁場強(qiáng)度變化狀況：同樣，檢查
電極的導(dǎo)通性、電極阻抗和電極絕緣等值和變化值，可以了解電極的變化情況；轉(zhuǎn)換器
的檢查涉及的方面較多，如核對設(shè)定值、檢查勵磁電流、零點漂移、正反向量程、電極上直
流(電壓)偏移、電流輸出、正反l每輸出頻率等項目的值和變化值；電纜檢查主要檢查
屏蔽接地狀態(tài)，如驅(qū)動屏蔽對地、總屏蔽對地、信號地接點對地等變化狀態(tài)。
通過對這幾部分的檢驗和分析可以判斷出電磁流量計本體工作狀態(tài)、傳感器和轉(zhuǎn)換器之
間連接引起的故障、電磁流量計安裝引起的故障以及測量介質(zhì)引起的故障。
6．1連接故障或問題檢查
①勵磁線圈的連接：通過檢查勵磁線圈的導(dǎo)通性、線圈的阻抗、線圈對地絕緣性以及
線圈電感可以導(dǎo)出結(jié)論。
②電極連接：檢查電極的導(dǎo)通性、電極阻抗和電極絕緣，結(jié)合設(shè)定值的檢查結(jié)果，可
以導(dǎo)出電極連接的狀態(tài)。
③屏蔽連接：檢查電纜驅(qū)動屏蔽對地、總屏蔽對地、信號地接點對地等方面，即可判
斷電纜的屏蔽連接情況。
④接地連接：通過勵磁線圈導(dǎo)通性、線圈對地絕緣、電極的導(dǎo)通性和電極絕緣狀態(tài)的
檢測，可以推斷接地連接狀態(tài)。
⑤驅(qū)動屏蔽連接：由電極絕緣和驅(qū)動屏蔽對地檢查結(jié)果來判斷。
⑥電纜切斷或損壞：包含很多狀態(tài)，如所有芯線開路、所有芯線短路、有些芯線開路，
或有些短路、有些芯線切斷、電纜浸水等。這些情況可以通過勵磁線圈各項檢查和電極特性
的各項檢查，結(jié)合電纜各種屏蔽對地檢查結(jié)果進(jìn)行綜合分析得出結(jié)論。
6．2總體安裝引起的故障或聞題檢查
①儀表浸水(傳感器進(jìn)水)：檢查勵磁線圈的導(dǎo)通性、線圈對地絕緣性、線圈電感，結(jié)
327
厶IRB Lq)OS第六屆工業(yè)儀表與自動化學(xué)術(shù)會議論文集
合檢查電極的絕緣以及驅(qū)動屏蔽對地的狀態(tài)可以判斷電磁流量計傳感器是否進(jìn)水(或內(nèi)部受
潮)。
②電極污染：對比電極導(dǎo)通性的值和變化值可分析電極受污染狀況。
③電極泄漏和電極被腐蝕：可以通過電極的導(dǎo)通性和電極絕緣狀態(tài)的檢查進(jìn)行判斷。
④電極上直流電壓過高：主要通過檢查電流輸出情況判斷；
⑤襯里損壞(泄漏)或襯里磨損：通過電極阻抗和電極絕緣的測量結(jié)果判斷。
⑥襯里附著導(dǎo)電層或附著絕緣層：通過檢測電極的導(dǎo)通性判斷：
⑦傳感器損壞(布線損壞或線圈損壞)：通過對電磁流量計本體傳感器的勵磁線圈、電
極特性和電纜各種屏蔽對地狀況進(jìn)行全面綜合檢查，比較其值和變化值后進(jìn)行總體判
斷。
6．3測量介質(zhì)引起的故障檢查
①流量傳感器上游加入化學(xué)品：檢測電極的阻抗和電流輸出狀況，從而分析是否有上
游化學(xué)品加入。
②空管或部分空管：通過檢查電極的導(dǎo)通性和電極絕緣了解。
③介質(zhì)導(dǎo)電率過低：檢測電極的導(dǎo)通性，可分析出介質(zhì)電導(dǎo)率是否過低。
總之，通過儀表原始數(shù)據(jù)與CalMaster檢查的現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)變化值進(jìn)行對比。據(jù)稱標(biāo)準(zhǔn)
檢驗可達(dá)±2％，有記錄儀表原始數(shù)據(jù)時，則可達(dá)原標(biāo)定精度的±1％。
7結(jié)束語
上海地區(qū)自來水公司和原水公司在電磁流量計制造廠的配合下，探索并積累了幾百臺大
口徑電磁流量計檢查經(jīng)驗，起草了《大口徑電磁流量儀在線校驗方法》。上海水務(wù)局在此文
件基礎(chǔ)上制定了《電磁流量儀在線校驗規(guī)范》。隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，以及現(xiàn)場電磁流量
計使用經(jīng)驗的積累和更深入研究，大口徑電磁流量計在應(yīng)用現(xiàn)場的在線校驗技術(shù)將更加成
熟，并將得到更廣泛的推廣和接受?，甚至有可能zui終取代傳統(tǒng)的其他一些現(xiàn)場比對驗證的
方法，更大程度提率和效益。