摘要：介紹電磁流量計(jì)的工作原理，給出電磁流量計(jì)特征系數(shù)的修正公式。以水為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，基于靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，研究了介質(zhì)溫度對(duì)電磁流量計(jì)特征系數(shù)的影響。結(jié)果表明:當(dāng)流體溫度在16．7～30．0℃時(shí)，電磁流量計(jì)相對(duì)示值誤差在±0．13%以內(nèi)，介質(zhì)溫度的影響可以忽略;當(dāng)流體溫度在30～63℃時(shí)，介質(zhì)溫度的影響不能忽略。將修正后的特征系數(shù)應(yīng)用于電磁流量計(jì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，得到DN80mm和DN100mm電磁流量計(jì)的相對(duì)示值誤差的***大值為0．03%，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

 電磁流量計(jì)的測(cè)量通道是一段無(wú)阻流件的光滑直管，不易阻塞，因此適用于測(cè)量含有固體顆粒或纖維的固液兩相流量。電磁流量計(jì)因具有壓力損失相對(duì)較小、量程范圍和口徑范圍寬、反應(yīng)靈敏、可測(cè)量瞬時(shí)脈動(dòng)流量及可測(cè)量正反兩個(gè)方向的流量等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于高溫化工工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量［1～5］。
 目前，電磁流量計(jì)的出廠檢驗(yàn)與檢定工作是在實(shí)驗(yàn)室常溫參考條件下進(jìn)行的，但實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通常是高溫環(huán)境，與實(shí)驗(yàn)室參考條件有較大偏離，由此對(duì)電磁流量計(jì)造成的測(cè)量誤差尚不明確。盡管學(xué)者們對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行了大量研究分析［3～7］，但很少涉及到流體介質(zhì)溫度變化對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量誤差的影響。2017年，許瑞祥對(duì)3個(gè)不同品牌的電磁流量計(jì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，提出高精度電磁流量計(jì)會(huì)受到介質(zhì)溫度的影響［8］。為了使檢定和計(jì)量工作更加科學(xué)合理，筆者結(jié)合電磁流量計(jì)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件，應(yīng)用蒸汽流量計(jì)量站靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，就介質(zhì)溫度對(duì)電磁流量計(jì)特征系數(shù)的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1、電磁流量計(jì)的工作原理：
 在感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放置一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速v流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體將切割磁感線，導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)E，即:E=kBD珋v(1)式中k———比例常數(shù)。圓形截面管道的體積流量qV為:qV=πD24珋v(2)結(jié)合式(1)、(2)可得:qV=πD4k·EB(3)令K=πD4k，則式(3)可進(jìn)一步表示為:qV=K·EB
 定義K為電磁流量計(jì)的特征系數(shù)，該系數(shù)通常由實(shí)流標(biāo)定得到。然而當(dāng)介質(zhì)溫度升高時(shí):流體在管道中的流場(chǎng)分布情況會(huì)發(fā)生變化;流體粘度變小，流速增大;傳感器通徑會(huì)發(fā)生變化?；诖?，筆者重點(diǎn)研究介質(zhì)溫度對(duì)電磁流量計(jì)特征系數(shù)的影響。

2、電磁流量計(jì)特征系數(shù)的修正：
 特征系數(shù)的主要任務(wù)是將外在環(huán)境因素引起的測(cè)量誤差、傳感器測(cè)量管內(nèi)徑誤差、磁感應(yīng)強(qiáng)度誤差、流速分布非軸對(duì)稱性和電磁流量計(jì)制作工藝引起的誤差，代入特征系數(shù)表達(dá)式并予以修正。
 以DN80mm電磁流量計(jì)為例，其工作方式為脈沖輸出，輸出頻率5kHz，設(shè)電磁流量計(jì)的脈沖系數(shù)(單位體積的被測(cè)介質(zhì)滿管經(jīng)過(guò)電磁流量計(jì)時(shí)發(fā)出的脈沖數(shù))K'0=150000m－3。選用靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試溫度范圍為16．7～63．0℃，待被測(cè)介質(zhì)溫度和流量穩(wěn)定后，在實(shí)測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)收集到的被測(cè)液體重量為(Ws)ij，經(jīng)過(guò)被測(cè)液體密度和空氣浮力修正計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)體積為(Vs)ij。設(shè)被測(cè)電磁流量計(jì)第i個(gè)流量點(diǎn)第j次實(shí)測(cè)時(shí)間間隔輸出的脈沖數(shù)為Nij，則第i個(gè)流量點(diǎn)第j次實(shí)測(cè)的脈沖系數(shù)K'ij為:

3、實(shí)驗(yàn)與誤差分析：
3．1、實(shí)驗(yàn)方案：
 采用蒸汽流量計(jì)量站靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，流量測(cè)量范圍1～600m3/h，擴(kuò)展不確定度Urel=0．05%(k=2)。以水為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，選取DN80mm和DN100mm的0．5級(jí)電磁流量計(jì)，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)測(cè)量3次，共180次測(cè)試，研究電磁流量計(jì)特征系數(shù)隨溫度變化的特性。具體實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表 1 實(shí)驗(yàn)方案
3． 2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與誤差分析：
  首先，在常溫 16． 7℃ 下對(duì)被測(cè)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，得到標(biāo)定后的脈沖系數(shù) K'0，并修正初始特征系數(shù) K0。對(duì)流量計(jì)的特征系數(shù)進(jìn)行修改后，得到DN80mm 電磁流量計(jì)的特征系數(shù)為 0． 920 5，脈沖系數(shù)為 150 000m－ 3; DN100mm 電磁流量計(jì)的特征系數(shù)為 1． 131 3，脈沖系數(shù)為 90 000m－ 3。

a． 當(dāng)流體介質(zhì)溫度在 16． 7 ～ 30． 0℃ 時(shí)，與K0相比 Kt略減小，但變化不明顯，可以忽略;
b． 當(dāng)流體介質(zhì)溫度在 30 ～ 55℃ 時(shí)，與 K0相比 Kt繼續(xù)減小，但 Kt仍趨于穩(wěn)定;
c． 當(dāng)流體介質(zhì)溫度高于 55℃ 時(shí)，特征系數(shù)Kt在階段 b 的基礎(chǔ)上再減小。

圖 1 兩種口徑的電磁流量計(jì)特征系數(shù)隨溫度的變化情況
  被測(cè)電磁流量計(jì)特征系數(shù)的相對(duì)誤差如圖 2 所示。

圖 2 兩種口徑的電磁流量計(jì)特征系數(shù)的相對(duì)誤差

  根 據(jù) JJG 1033-2007［9］， DN80mm 和DN100mm 電磁流量計(jì)在不同溫度下的相對(duì)示值誤差和重復(fù)性見(jiàn)表 2?？梢钥闯觯?dāng)流體溫度在16． 7 ～ 30． 0℃ 時(shí)，電磁流量計(jì)的相對(duì)示值誤差在± 0． 13% 以內(nèi)，筆者認(rèn)為在此溫度范圍內(nèi)，介質(zhì)溫度變化對(duì)電磁流量計(jì)的影響可以忽略。當(dāng)流體溫度在 30 ～ 63℃時(shí)，電磁流量計(jì)的相對(duì)示值誤差正偏，***大誤差為 0． 60% ，對(duì)于 DN100mm 的電磁流量計(jì)，其相對(duì)示值誤差已經(jīng)超出了 0． 5 級(jí)電磁流量計(jì)的精度范圍。因此，當(dāng)電磁流量計(jì)用于高溫環(huán)境的高精度測(cè)量時(shí)，介質(zhì)溫度的影響一定不能忽略。

表 2 未修正電磁流量計(jì)的相對(duì)示值誤差和重復(fù)性