摘要通过对供水行业电磁流量计在线检查和验证的一些方法的比较。进而对各种不同方法在不同应用场
合的优越性和适应性进行分析，重点介绍CalMaster电磁流量计在线周期检定和检查，探索电磁流量计在线
验证新的发展方向。
关键词电磁流量计比对在线验证

引言
电磁流量计是当前应用于电解质溶液流量测量zui广泛的仪表之一，一般只要电导率在
5蜩／cm以上即可，所以在水行业，不管是自来水、原水取水还是污水处理等领域都可以使用，
且往往适用较大口径，zui大口径达到甚至超过3m。
按IS09000《质量管理体系》的要求，测量仪表必须在受控状态下运行，JJGl98-94《速
度式流量计检定规程》也规定必须定期检定。流量仪表流量值的检查方法通常有离线检查和
现场在线检查两种方法。离线法流量检查将仪表卸离管线送至实验室流量校准装置上进行实
流校准。然而大口径电磁流量计，尤其在供水工程管网中，一般都不设旁路管和相应的截止
阀，而且仪表一旦调试完毕投入运行后，不允许停止输水，大口径水管更不允许随意切断水
流停役拆卸流量传感器实旅离线校准，且因工程费用浩大不易实现。这一难题在2003年11
月中国水协设备委召开的“流量仪表应用技术研讨会”上成为讨论热点。在实践中，各供水
企业根据各自使用条件，探索若干在现场比对或间接检验(查)的方法，验证和评估流量仪
表的流量测量值仍保持或已超过原始校准精度等级范围内，作为是否可继续使用或需进一步
检查的依据。
流量仪表的实流校准是确立被校准流量仪表指示值与原始标准器或传递标准相应值之
间关系的一组操作过程。将标准值传递给被校准仪表是有法定计量性质的川；现场比对是在
规定条件下用相同(或相近)度等级仪表量值进行比较，是没有计量法定性质的操作：
在线验证是在现场通过检查和提供客观证据表明规定要求下已经满足的认可，即确认被验证
的在线流量仪表的本体性能状态和条件符合为实现其原始度要求而必须满足的本体性
能状态和条件：电磁流量计是目前水行业大口径流量测量应用的主流仪表，通过分析大口径
流量仪表在常用的现场比对和在线验证的问题，结合电磁流量计本身的一些特点，探讨电磁
流量计在大口径流量测量方面的现场比对和在线验证方法的改进及发展展望，是本文的目的

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所在。
目前实际应用的现场比对方法主要有清水池容积法、串联管段式仪表法、外夹装(外贴)
式换能器超声流量计法和插入涡轮流量计法等。本文论及的在线验证方法即指目前处于发展
阶段的各种电磁流量计的在线检查验证。
1清水容积法现场比对
清水容积法比对是供水业经常采用的传统方法。具体方法是：利用高精度的钢尺丈量清
水池的尺寸，地计算出清水池面积，并对照图纸熟悉相关的阀门。确定用水容量，对供
水影响较小的时段作为比对的实验时间，制定详细计划，安排人员。首先将清水池内水位调
至高水位，取水泵房停机，关闭相应阀门，确认沉淀池集水槽不再出水，滤池过滤完毕。待
清水池水位稳定后测量记录水位；然后与秒表对时，打开送水阀，供水泵房开机送水。t小
时后供水泵房停机，待水位不再变化时记录水位，得到水位变化值么h。厂装流量计、标准
表按校对的时间自动记录数据，将累计流量终值减去累计流量初值得到各自t小时的累计流
量。清水池的容积变化直接通过测量水位变化计算出来。比对原理如图1所示。
l——取水泵2——取水阀3——过滤池4一清水池
5——被校电磁流量计伊—。供水阀7_——供水泵
图l 水厂大型水池容积法现场比对原理图
容积法的主要误差来源有以下一些方面：首先是水池面积的丈量误差。水池容积用几何
丈量法的度一般能达到0．2％～0．5％：其次，水池水位下降的测量也产生误差，不管采用
重锤法还是水位仪法，作为计算容积的重要参数之一，要求校验一次水位高度差尽可能大(zui
好超过Ira)，以减少水位高度读数的相对误差；再者，利用现成的水池、管道、阀门，一般
只能用总量比较。大管径阀门开启时间较长，因此，实流校验时间应尽可能长，减少启停阀
门流量变化的影响。而且，清水池进水阀门关闭的密实程度也产生误差，要确认水池及阀门
管道无泄漏和外流；水池处于干燥状态还要考虑水泥的吸水量，预先浸润。
容积法是一种zui基本、直观、可靠的方法：许多自来水公司都实际采用此方法对电磁流
量计比对校验，且效果明显j若水池合适，管线布置合理、有较长的校验时间，操作上仔细
配合好，一般可达到1．5旷2．5％精度，*可达到1％。
2外夹装式换能器超声流量计法
目前，国内很多供水公司用便携式超声波流量计进行现场电磁流量计的度比对“’·
一般用于现场比对的超声波流量计的度和重复性约4-(1～1．5)％左右，低于被校验电磁

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仁i旆跚5第六届工业仪表与自动化学术会议论文集
流量计约±0．5％。但由于操作简单易行，投入的人力物力不大，成本相对低廉，在供水行业
应用也很普遍。
为了取得比较好的比对结果，应该注意以下几点：
①正确选择测量点和进行准确的管道参数测量
测量点的选择保证上游10倍以上管径的直管段，下游5倍以上管径的直管段。如
果测量点上游是泵站，距离35倍以上管径直管段长度。测量点处的管道不能有明显的
下降坡度。测量点处要求无焊缝、距离承插接口较远、无震动及电磁干扰源等：
管道直径和管壁厚度要用大卡尺和测厚仪分别多点测量后取其平均值，管道内径误差1％
会引起测量值产生2％的误差，所以必须准确测量。管内壁衬里材料及厚度、管壁内结垢情况
等要尽可能直接测量。
②超声波换能器的安装
测量点管壁应打磨光亮，无较深的麻坑，严格按超声波流量计计算出来的距离安装换能
器，两个换能器必须安装在同一轴线上。能够用V法安装探头时尽量用V法安装，与Z法比
较其声波传输距离增加一倍。对较小的管径来说．减少测量误差明显。换能器间距安装偏差
1％，附加误差l％：45。声路角偏差I。，附加误差1．7％。
换能器安装完毕后观察信号接收强度值，轻微调整换能器安装位置与距离，使信号接收
强度值达到2％以上。测量值较稳定时。查看声波传播时间百分比数，使其越接近100％越好。
③其他干扰的排除
在周期性比对测试中，每次测量点应固定的*性测量点。在比对测试完成后，在换能
器的四周管壁涂刷防腐漆，取下换能器后在安装位置抹上黄油，并贴上一块塑料布，用以保
护测量点。下次测量时，取下塑料布，擦掉黄油，用手锤击打测量点，将管道内壁新近结垢
震掉，按防腐漆所留下的标记装上换能器即可测量，方便准确。
若声波信号接受很弱或时有时无，则可能是管道内壁结垢太厚，或者是管内含有大量气
体，使声波经常被阻断所致。可先用手锤击打测量点，如果接受的信号强度不断上升，说明
是管壁结垢引起。如击打无效，则多为管内含有大量气体所致，排除气体即可。
此外。还可以改变便携式超声波流量计换能器安装位置或方式，探测现场管段流动状况。
例如，沿着管圆周移动两换能器，核对所测不同位置的线平均流速，zui大流速处可能就是zui
接近实际的平均流速位置，因为在zui不对称位置的流速畸变所形成的平均流速读数zui小。比
较换能器按Z法和V法安装所测得的流速，如两者相差很大，表明存在严重横向流动，也就
是有旋转流的迹象，应引起注意，采取措施。
总之，用便携式超声波流量计对在线电磁流量计进行比对测试，只要准确操作，尽量减
少随机误差和附加误差，基本上可以对电磁流量计现场测量的稳定性和重复性作一个大致的
定性评估。对于确实测量不稳定、度和稳定性偏差较大的长期现场应用的电磁流量计可
以及时检测出来．从而采取更和更有针对性的方法和措施，满足现场计量和测试的需要。
仔细操作一般可达到3％~5％的精度状况，操作租糙时误差甚至达到lo％。
3插入式涡轮流量计法
插入式涡轮流量计与固定安装正在使用中的电磁流量计等作流量比对，其原理和目的等
与用便携式超声波流量计有相似之处。

插入式涡轮流量计组成大管径系统的测量精度低(2．5％～5％)，因为即使涡轮流量传感
器有较高的精度(流速的0．5％～1％)，但加上流通面积测量误差以及流速分布系数／阻塞系数
的不确定性等就不～样了，但有优异的熏复性(0．25％～0．5％)。如果在同一位置定期用涡轮
潍量计与在用流量计比对，与新装后比对数据比较，可以评估现场电磁流量计运行是否
正常准确。
4串联管段式流量仪表法
串联管段式仪表法现场比对是借鉴标准表比较法的校准方法演化而来的。
按JJG 643—94《标准表法流量标准装置检定规程》要求，装置准确度应不低于被检表准
确度的1／2。标准表的前后直管段一般不小予同类型普通表直管道的长度，被校表的前后直
管段应满足说明书的要求。标准表与被校准表之间的连接管段的容积，在满足直管段要求的
情况下应尽可能小。流量调节阀一般应安装在表的下游侧，调节性能要稳定嘲。
由于在使用现场同时安装一台高精度标准表代价太高，有些自来水公司在出厂水管线安
装两台电磁流量计，或在交接点供需双方各装一台仪表相互比对。两台表的精度等级尽管一
致，但由于电磁流量计本身精度和稳定性较高，一般可达到0．5％。所以在同一管线上正常运
行时测量值差别不大且差值稳定有规律。若两台表测量值间差别出现异常，可以分步送检。
一旦其中一台仪表发生故障，另一台照常工作，不会计量中断而发生纠纷。
此方法虽然成本较高，需要配置两台电磁流量计，但在～些重要的大口径计量和贸易结
算测量点还是比较受水行业供方和需方欢迎的。
5水泵台时计量比照法
水泵台时计量比照法是很早采用的经验方法，．目前基本不再作为正式依据，仅作为定性
维护的补充，有的地方还沿用着。
对于任何时候都不允许停止计量的特殊场合，当计量用流量计有突发故障，～时又难于
排除且无法用其它流量仪表替代时，短时间几天内用水泵台时计量比照法是可行的。
6 电磁流量计的在线周期检定和检查
上述的一些现场检查和比对方法，虽然可以在某些程度上满足供水行业大口径电磁流量
计的周期检查，但总体成本还是较高，操作不易，比对度也偏低。
电磁流量计的在线周期检定和检查，主要是通过定期对电磁流量计作全面的检查，传感
器不卸下管道，在线测量电极电路绝缘和励磁线圈绝缘等传感器重要参数和指标；转换器用
模拟信号器等作单独的检查和校准，根据检查的结果和历史数据比较，确定仪表是否继续使
用、修补还是更新。转换器的使用寿命一般15-一20年。现场在线检查电磁流量计的内容主
要有整机零点检查，以及流量传感器、转换器和连接电缆三部分分开检查。下面以CaiHaster
检验器为例协_1，对电磁流量计的在线检查和验证进行削析。
CalHaster是ABB公司电磁流量计的在线检查和验证检验器，是通过对几千台UagMaster
电磁流量计的应用经验和数据收集，结合技术的发展研发的一套专门针对电磁流量计无法离
线校验情况下的在线性能检查和验证的检验器。其基本结构如图2所示，主要有：CalHaster
检验单元，包括控制盒、内置充电电池和连接电缆；基于Windows住、Help Wizard的软
件：一个维护包，包括帮助系统、在线诊断、检验单元。
图2 CalMaster在线检验工作示意图
CalMaster对电磁流量计的测量系统进行检查，包括电磁流量计的传感器、转换器以及
两者之间的连接电缆；安装在笔记本电脑里的软件可以存储检验数据，进行现场电磁流
量计使用状态的长期趋势分析和仪表故障预报警。
CalMaster对电磁流量计本体进行检验，检验的内容主要是线圈检查、电极检查、转换
器检查和电缆检查。线圈检查在于检查励磁线圈的导通性、线圈的阻抗、线圈对地绝缘性以
及线圈电感，检查这些项目的值和变化值，从而推算出磁场强度变化状况：同样，检查
电极的导通性、电极阻抗和电极绝缘等值和变化值，可以了解电极的变化情况；转换器
的检查涉及的方面较多，如核对设定值、检查励磁电流、零点漂移、正反向量程、电极上直
流(电压)偏移、电流输出、正反l每输出频率等项目的值和变化值；电缆检查主要检查
屏蔽接地状态，如驱动屏蔽对地、总屏蔽对地、信号地接点对地等变化状态。
通过对这几部分的检验和分析可以判断出电磁流量计本体工作状态、传感器和转换器之
间连接引起的故障、电磁流量计安装引起的故障以及测量介质引起的故障。
6．1连接故障或问题检查
①励磁线圈的连接：通过检查励磁线圈的导通性、线圈的阻抗、线圈对地绝缘性以及
线圈电感可以导出结论。
②电极连接：检查电极的导通性、电极阻抗和电极绝缘，结合设定值的检查结果，可
以导出电极连接的状态。
③屏蔽连接：检查电缆驱动屏蔽对地、总屏蔽对地、信号地接点对地等方面，即可判
断电缆的屏蔽连接情况。
④接地连接：通过励磁线圈导通性、线圈对地绝缘、电极的导通性和电极绝缘状态的
检测，可以推断接地连接状态。
⑤驱动屏蔽连接：由电极绝缘和驱动屏蔽对地检查结果来判断。
⑥电缆切断或损坏：包含很多状态，如所有芯线开路、所有芯线短路、有些芯线开路，
或有些短路、有些芯线切断、电缆浸水等。这些情况可以通过励磁线圈各项检查和电极特性
的各项检查，结合电缆各种屏蔽对地检查结果进行综合分析得出结论。
6．2总体安装引起的故障或闻题检查
①仪表浸水(传感器进水)：检查励磁线圈的导通性、线圈对地绝缘性、线圈电感，结
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厶IRB Lq)OS第六届工业仪表与自动化学术会议论文集
合检查电极的绝缘以及驱动屏蔽对地的状态可以判断电磁流量计传感器是否进水(或内部受
潮)。
②电极污染：对比电极导通性的值和变化值可分析电极受污染状况。
③电极泄漏和电极被腐蚀：可以通过电极的导通性和电极绝缘状态的检查进行判断。
④电极上直流电压过高：主要通过检查电流输出情况判断；
⑤衬里损坏(泄漏)或衬里磨损：通过电极阻抗和电极绝缘的测量结果判断。
⑥衬里附着导电层或附着绝缘层：通过检测电极的导通性判断：
⑦传感器损坏(布线损坏或线圈损坏)：通过对电磁流量计本体传感器的励磁线圈、电
极特性和电缆各种屏蔽对地状况进行全面综合检查，比较其值和变化值后进行总体判
断。
6．3测量介质引起的故障检查
①流量传感器上游加入化学品：检测电极的阻抗和电流输出状况，从而分析是否有上
游化学品加入。
②空管或部分空管：通过检查电极的导通性和电极绝缘了解。
③介质导电率过低：检测电极的导通性，可分析出介质电导率是否过低。
总之，通过仪表原始数据与CalMaster检查的现场仪表数据变化值进行对比。据称标准
检验可达±2％，有记录仪表原始数据时，则可达原标定精度的±1％。
7结束语
上海地区自来水公司和原水公司在电磁流量计制造厂的配合下，探索并积累了几百台大
口径电磁流量计检查经验，起草了《大口径电磁流量仪在线校验方法》。上海水务局在此文
件基础上制定了《电磁流量仪在线校验规范》。随着技术的发展和完善，以及现场电磁流量
计使用经验的积累和更深入研究，大口径电磁流量计在应用现场的在线校验技术将更加成
熟，并将得到更广泛的推广和接受?，甚至有可能zui终取代传统的其他一些现场比对验证的
方法，更大程度提率和效益。