摘要通過對供水行業(yè)電磁流量計(jì)在線檢查和驗(yàn)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(diǎn)介紹CalMaster電磁流量計(jì)在線周期檢定和檢查，探索電磁流量計(jì)在線
驗(yàn)證新的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞電磁流量計(jì)比對在線驗(yàn)證

引言
電磁流量計(jì)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(yùn)行，JJGl98-94《速
度式流量計(jì)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(shí)驗(yàn)室流量校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行實(shí)
流校準(zhǔn)。然而大口徑電磁流量計(jì)，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(yùn)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(shí)旅離線校準(zhǔn)，且因工程費(fèi)用浩大不易實(shí)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(diǎn)。在實(shí)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(yàn)(查)的方法，驗(yàn)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(shí)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(jì)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(jì)量法定性質(zhì)的操作：
在線驗(yàn)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(yàn)證
的在線流量儀表的本體性能狀態(tài)和條件符合為實(shí)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(jì)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(yàn)證的問題，結(jié)合電磁流量計(jì)本身的一些特點(diǎn)，探討電磁
流量計(jì)在大口徑流量測量方面的現(xiàn)場比對和在線驗(yàn)證方法的改進(jìn)及發(fā)展展望，是本文的目的

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所在。
目前實(shí)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(jì)法和插入渦輪流量計(jì)法等。本文論及的在線驗(yàn)證方法即指目前處于發(fā)展
階段的各種電磁流量計(jì)的在線檢查驗(yàn)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(jì)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(shí)驗(yàn)時間，制定詳細(xì)計(jì)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(jì)、標(biāo)準(zhǔn)
表按校對的時間自動記錄數(shù)據(jù)，將累計(jì)流量終值減去累計(jì)流量初值得到各自t小時的累計(jì)流
量。清水池的容積變化直接通過測量水位變化計(jì)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(jì)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(jì)算容積的重要參數(shù)之一，要求校驗(yàn)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(shí)流校驗(yàn)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(shí)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(shí)際采用此方法對電磁流
量計(jì)比對校驗(yàn)，且效果明顯j若水池合適，管線布置合理、有較長的校驗(yàn)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(jì)法
目前，國內(nèi)很多供水公司用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場電磁流量計(jì)的度比對“’·
一般用于現(xiàn)場比對的超聲波流量計(jì)的度和重復(fù)性約4-(1～1．5)％左右，低于被校驗(yàn)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(jì)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(diǎn)：
①正確選擇測量點(diǎn)和進(jìn)行準(zhǔn)確的管道參數(shù)測量
測量點(diǎn)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(diǎn)上游是泵站，距離35倍以上管徑直管段長度。測量點(diǎn)處的管道不能有明顯的
下降坡度。測量點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)管壁應(yīng)打磨光亮，無較深的麻坑，嚴(yán)格按超聲波流量計(jì)計(jì)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(diǎn)應(yīng)固定的*性測量點(diǎn)。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(diǎn)。下次測量時，取下塑料布，擦掉黃油，用手錘擊打測量點(diǎn)，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?？上扔檬皱N擊打測量點(diǎn)，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(jì)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(shí)際的平均流速位置，因?yàn)樵趜ui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(jì)對在線電磁流量計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)法
插入式渦輪流量計(jì)與固定安裝正在使用中的電磁流量計(jì)等作流量比對，其原理和目的等
與用便攜式超聲波流量計(jì)有相似之處。

插入式渦輪流量計(jì)組成大管徑系統(tǒng)的測量精度低(2．5％～5％)，因?yàn)榧词箿u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(jì)與在用流量計(jì)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(jì)運(yùn)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(jià)太高，有些自來水公司在出廠水管線安
裝兩臺電磁流量計(jì)，或在交接點(diǎn)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(jì)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(yùn)
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(jì)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(jì)，但在～些重要的大口徑計(jì)量和貿(mào)易結(jié)
算測量點(diǎn)還是比較受水行業(yè)供方和需方歡迎的。
5水泵臺時計(jì)量比照法
水泵臺時計(jì)量比照法是很早采用的經(jīng)驗(yàn)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(jì)量的特殊場合，當(dāng)計(jì)量用流量計(jì)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(jì)量比照法是可行的。
6 電磁流量計(jì)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(jì)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(jì)的在線周期檢定和檢查，主要是通過定期對電磁流量計(jì)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(dú)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(jì)的內(nèi)容主
要有整機(jī)零點(diǎn)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(yàn)器為例協(xié)_1，對電磁流量計(jì)的在線檢查和驗(yàn)證進(jìn)行削析。
CalHaster是ABB公司電磁流量計(jì)的在線檢查和驗(yàn)證檢驗(yàn)器，是通過對幾千臺UagMaster
電磁流量計(jì)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)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(jì)無法離
線校驗(yàn)情況下的在線性能檢查和驗(yàn)證的檢驗(yàn)器。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要有：CalHaster
檢驗(yàn)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(yàn)單元。
圖2 CalMaster在線檢驗(yàn)工作示意圖
CalMaster對電磁流量計(jì)的測量系統(tǒng)進(jìn)行檢查，包括電磁流量計(jì)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(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行現(xiàn)場電磁流
量計(jì)使用狀態(tài)的長期趨勢分析和儀表故障預(yù)報(bào)警。
CalMaster對電磁流量計(jì)本體進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)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(xiàng)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(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)對地等變化狀態(tài)。
通過對這幾部分的檢驗(yàn)和分析可以判斷出電磁流量計(jì)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(jì)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(diǎn)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(xiàng)檢查和電極特性
的各項(xiàng)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)
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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(jì)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(jì)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(yàn)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(jì)制造廠的配合下，探索并積累了幾百臺大
口徑電磁流量計(jì)檢查經(jīng)驗(yàn)，起草了《大口徑電磁流量儀在線校驗(yàn)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(yàn)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(jì)使用經(jīng)驗(yàn)的積累和更深入研究，大口徑電磁流量計(jì)在應(yīng)用現(xiàn)場的在線校驗(yàn)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(yàn)證的
方法，更大程度提率和效益。