电磁式热量表在线校准的探讨

根据电磁流量传感器的基本工作原理可知，对于流量的测量误差，除传感器测量管的几何尺寸内径D、磁感应强度B和感应电动势E以外，与其他物理量的变化无关。这是电磁流量计最大的优点，正是基于此，电磁流量传感器在线校准成为可能。

现依据CJ/T364-2011《管道式电磁流量计在线校准要求》和CJ128-2007《热量表》，就电磁式热能表的电磁流量传感器、温度传感器和热能运算转换器三个基本组成部分的在线校准分别进行探讨，期待以抛砖引玉之举，掀共同探索之潮，从而有助于热量表整体质量的全面提升并有望于推动以供热计量收费为中心的供热体制改革的可持续发展。

一、实现在线校准的重大现实意义

1.根据国家流量计量仪表相关规程的规定，对精确度低于0.5级的电磁流量计，校准周期一般规定为2年。显然，这对在线运行中的电磁流量计进行实验室校准存在一定难度。但如不按规程规定的校准周期进行校准，对于计量仪表尤其是作为贸易结算的计量仪表，就会违背法定计量管理的要求，甚至引发社会纠纷。因此，实现在线校准，就为实施法定计量管理提供一条可行而便捷的途径和方法。

2.由于此类流量计在线现场环境工作条件与实验室校准装置的工作条件存在一定差异，这样，在线校准就能检测出仪表的实际工作性能和精确程度，更具实际意义。

3.众所周知，具有法定计量流量检定资质的校准装置实验室，流量检定费用比较昂贵。对于量大面广的民用热量表，每2年的校准周期，是一笔十分巨大的费用。因此，实现在线校准，相对于实验室校准就可以大幅度地减少这笔费用。另一方面，能大幅度减少法定计量流量检定机构对实验室校准装置的投入和管理，从而节省大量社会资源。

4.实现在线校准，可以大大减少实施周期校准的工作量、省去仪表送校拆装等大量的人力、物力和费用，从而节省大量社会资源。

二、电磁式热能表的在线校准

1.电磁流量传感器的在线校准

1）电磁流量计在线校准的理论和法律依据电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。整套仪表由传感器和转换器两部分组成，其测量原理如图1所示。

图1 电磁流量计测量原理

当导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动时，根据法拉第电磁感应定律原理，在流动方向垂直的方向上就会产生与流速成线性比例的感应电动势，其值见公式（1）：

E=kBDV     （1）

式中：

E——感应电动势，亦即流量感应信号；

K——系数；

B——磁感应强度；

D——测量电极之间的距离（测量管内径）；

V—平均流速。

测量管内，穿过横断面的液体的体积流量是：

    （2）

式中：

D——测量管内径；

V—平均流速。

把公式（1）、公式（2）合并得：

     （3）

式中：K——流量校准系数，通常由生产厂方实验室的流量标准装置实流校准得到。

从公式（3）可知，体积流量q_v与感应电动势E成线性关系。所以，只须测定磁感应强度B，便可获得体积流量q_v与感应电动势E的线性关系。对于1台已通过生产厂方实验室的流量标准装置实流校准的电磁流量计，经过若干时间运行后，如这台仪表表内励磁系统产生的磁感应强度B，与出厂实流校准相比较保持不变，就可以认定该台仪表的体积流量q_v与感应电动势E的线性关系仍然保持不变。因此，通过在线总体测定电磁流量计的电参数磁感应强度B，就可以实现电磁流量计的在线校准。具体在线校准时，通过测量决定电磁流量计励磁系统产生的磁感应强度B的基本特性电参数，就可以完成电磁流量计的在线精度测量。

2）电磁流量传感器的在线校准方法

根据CJ/T364-2011《管道式电磁流量计在线校准要求》规定，对电磁流量传感器采用“电参数法”进行在线校准，拟按以下要求进行。

（1）在线校准时参数校准的性能要求

①励磁线圈电阻值与出厂或首次校准时一致，其偏差率不得超过±1.0%；

②励磁线圈对地绝缘电阻＞20MΩ或符合生产厂家特定要求；

③传感器两测测量电极接液（接地）电阻值应基本一致，两者偏差率＜20%，且测量伴有充放电现象。

（2）在线校准时参数校准的的操作方法

①励磁线圈电阻参数。以数字万用表为测量工具，两个表笔分别接励磁线圈的两个端子，测量励磁线圈的电阻值，测量结果与首次检测时的电阻值或生产厂家提供该型号规格的励磁线圈的电阻值进行比对。测量结果应满足上述相应性能要求。

②励磁线圈对地绝缘电阻参数。以500V兆欧表为测量工具时，在励磁线圈的一个端子与地线之间施加直流电压，稳定后读数。以绝缘电阻测试仪为测量工具时，将黑色表笔接电磁流量传感器接地端子，红色表笔接励磁线圈的一个端子，档位开关转到500V档，稳定10s后读数。测量结果应满足上述相应性能要求。

③电极接液（接地）电阻偏差率。电极接液电阻指电极与液体的接触电阻，它反映电极和衬里附着的大体状况。可用指针式万用表在管道充满液体时分别测量每个电极端子与仪表地线之间的电阻。每次测量需用同一型号规格的万用表，并用同一量程。测量时万用表同一根表棒接电极端子，另一根表棒始终接仪表地线，待指针偏转最大时读取数据。测量结果应满足上述相应性能要求。

2.电磁式热量表热能运算转换器的在线校准

依据CJ128-2007《热量表》和CJ/T364-2011《管道式电磁流量计在线校准要求》以及电磁式热量表热能运算转换器的基本功能，对电磁式热量表热能运算转换器的在线校准，拟分二部分要求进行。

1）电磁式热量表热能运算转换器的电磁流量信号转换在线校准

（1）在线校准时参数校准的性能要求

参照CJ/T364-2011《管道式电磁流量计在线校准要求》，对电磁流量转换器采用“电参数法”进行在线校准。a.电源端子与外壳之间的绝缘电阻不应小于20MΩ；b.转换器对流量特征系数的修改应有保护功能，能避免意外更改或能记录历史修改过程。校准时应记录该特征系数值并且在校准记录中注明，周期校准的特征系数值应与上次校准时的特征系数值相同，并没有进行过修改。

2）在线校准时参数校准的操作方法

（1）电源端子与外壳之间的绝缘电阻

关闭运算转换器电源，用500V兆欧表作为测量工具，将红色表笔和黑色表笔分别连接运算转换器的电源端子和运算转换器的外壳，稳定后读数。测量结果应满足上述相应性能要求。

（2）瞬时流量的示值误差和示值重复性误差

①关闭运算转换器电源，断开电磁流量传感器与运算转换器之间的电缆连接，按照生产厂方提供的电路图进行运算转换器和电磁流量模拟信号发生器之间的电气连接，接好线并检查后通电，预热15min以上，将运算转换器参数按电磁流量模拟信号发生器的参数要求进行设置，在设置前分别记录需要修改的各项参数，以便校准结束后对参数进行恢复。

②在满量程范围内选定至少3个流速/流量点（含常用流速/流量点），将电磁流量模拟信号发生器的流速/流量调节开关分别置于选定的测量档次，调节流速/流量，读取运算转换器显示的瞬时流量值，每档次测量重复三次并记录备案。

③按瞬时流量示值误差和瞬时流量示值重复性误差计算公式求得的瞬时流量的示值误差和示值重复性误差，应满足上述相应性能要求。

（3）运算转换器的零点校准

关闭运算转换器电源，断开电磁流量传感器与运算转换器之间的电缆连接，按照生产厂方提供的电路图进行运算转换器和电磁流量模拟信号发生器之间的电气连接，接好线并检查后通电，预热15min以上，将电磁流量模拟信号发生器的流速/流量调节开关设置于“0”档次，采用零点自动校正设置功能，将运算转换器的瞬时流量显示值调节为0.000m³/h。

3）电磁式热能表热能运算转换器的运算功能在线校准。参照CJ128-2007《热量表》附录E（规范性附录）“计算器准确度的测试与计算”的规范，对电磁式热量表热能运算转换器的运算功能进行在线校准。

①电磁式热能表温度传感器的在线校准

参照CJ128-2007《热量表》附录F（规范性附录“温度传感器准确度的测试与计算”）的规范，对电磁式热量表热能运算转换器的温度传感器进行在线校准。