摘要：介紹電磁流量計的工作原理，給出電磁流量計特征系數(shù)的修正公式。以水為實驗介質(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)溫度對電磁流量計特征系數(shù)的影響。結(jié)果表明:當(dāng)流體溫度在16．7～30．0℃時，電磁流量計相對示值誤差在±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，介質(zhì)溫度的影響不能忽略。將修正后的特征系數(shù)應(yīng)用于電磁流量計測量實驗中，得到DN80mm和DN100mm電磁流量計的相對示值誤差的***大值為0．03%，滿足實驗要求。

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

1、電磁流量計的工作原理：
 在感應(yīng)強度為B的磁場中，垂直于磁場方向放置一個內(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流動時，導(dǎo)電流體將切割磁感線，導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生感生電動勢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)可進一步表示為:qV=K·EB
 定義K為電磁流量計的特征系數(shù)，該系數(shù)通常由實流標(biāo)定得到。然而當(dāng)介質(zhì)溫度升高時:流體在管道中的流場分布情況會發(fā)生變化;流體粘度變小，流速增大;傳感器通徑會發(fā)生變化?；诖?，筆者重點研究介質(zhì)溫度對電磁流量計特征系數(shù)的影響。

2、電磁流量計特征系數(shù)的修正：
 特征系數(shù)的主要任務(wù)是將外在環(huán)境因素引起的測量誤差、傳感器測量管內(nèi)徑誤差、磁感應(yīng)強度誤差、流速分布非軸對稱性和電磁流量計制作工藝引起的誤差，代入特征系數(shù)表達式并予以修正。
 以DN80mm電磁流量計為例，其工作方式為脈沖輸出，輸出頻率5kHz，設(shè)電磁流量計的脈沖系數(shù)(單位體積的被測介質(zhì)滿管經(jīng)過電磁流量計時發(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)裝置進行實驗，測試溫度范圍為16．7～63．0℃，待被測介質(zhì)溫度和流量穩(wěn)定后，在實測時間間隔內(nèi)收集到的被測液體重量為(Ws)ij，經(jīng)過被測液體密度和空氣浮力修正計算得到的標(biāo)準(zhǔn)體積為(Vs)ij。設(shè)被測電磁流量計第i個流量點第j次實測時間間隔輸出的脈沖數(shù)為Nij，則第i個流量點第j次實測的脈沖系數(shù)K'ij為:

3、實驗與誤差分析：
3．1、實驗方案：
 采用蒸汽流量計量站靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進行實驗研究，流量測量范圍1～600m3/h，擴展不確定度Urel=0．05%(k=2)。以水為實驗介質(zhì)，選取DN80mm和DN100mm的0．5級電磁流量計，每個測試點測量3次，共180次測試，研究電磁流量計特征系數(shù)隨溫度變化的特性。具體實驗方案見表1。

表 1 實驗方案
3． 2、實驗數(shù)據(jù)與誤差分析：
  首先，在常溫 16． 7℃ 下對被測流量計進行標(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。對流量計的特征系數(shù)進行修改后，得到DN80mm 電磁流量計的特征系數(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，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，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，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特征系數(shù)隨溫度的變化情況
  被測電磁流量計特征系數(shù)的相對誤差如圖 2 所示。

圖 2 兩種口徑的電磁流量計特征系數(shù)的相對誤差

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

表 2 未修正電磁流量計的相對示值誤差和重復(fù)性