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电磁水表应用特性浅析


电磁水表应用特性浅析,本文主要介绍电磁水表的性能特点、相关标准及使用前后检定情况。电磁水表作为电磁流量计发展而来的测量水流量的电子水表, 其测量性能优越, 安装维护便利, 无可动部件, 近乎零压损, 电池供电一般可使用5年以上, 可长期保持稳定运行。其特性契合了新标准下对水表的流量测量范围、准确度等级、压力损失等级、重复性指标、电池使用寿命等关键性指标的要求, 同时也符合国家对水资源从严计量与控制的要求。在对电磁水表的使用后检定与出厂检定进行分析评估中可以看出, 各项指标依然达标, 并不随工况和时间的变化发生明显的衰减和波动, 适用于现场长期使用。

一、电磁水表的主要特点

1. 运行原理

电磁水表是由电磁流量计发展而来的, 其测量原理与电磁流量计相同, 它基于法拉第电磁感应定律。根据弗来明右手定则, 如图1所示, 导电物体通过磁场切割磁力线时, 会在导体中产生感应电动势, 感应电动势与切割磁力线的物体运动速度成比例关系。电磁水表的测量管是内衬绝缘材料的非磁性合金短管, 两个电极沿直径方向穿过管壁并固定在测量管上, 电极头基本上与衬里的内表面平齐, 励磁线圈与测量管轴线垂直方向产生工作磁场B。具有导电性的水流通过电磁水表时, 流动方向垂直于磁场方向, 水流切割水表内磁场时切割磁力线感应出电动势E, 电动势E正比于平均流度v。电极检测E (流量信号) 并通过电缆传送到转换器进行智能处理, 转换输出后有效地测量出封闭管道内导电流体的流速, 流速乘以管道面积就能得到当前水流的瞬时流量。


图1 工作原理示意图 

2. 性能特点

电磁水表技术源于电磁流量计, 因此在计量性能方面与传统的机械水表相比有着先天的优势。其主要具有如下特点:

(1) 计量准确度等级高, 始动流量小, 具有较大的量程比 (国内少数厂家目前可达到R800) 。

(2) 管内流通面大, 压损更低, 节约输水电能, 降低供水动力成本。

(3) 与被测水流接触部分无可动部件, 计量性能稳定。

(4) 具有数据记录、存储、查询、报警等功能, 数据可追溯。

(5) 不锈钢或其他合金机身, IP68防护等级, 安装维护方便。

(6) 一般采用锂电池供电, 供电时间可达5年以上, 更换电池后可继续使用。

二、电磁水表关键性能指标的相关要求

2016年, 国家标准化管理委员会将水表国家标准GB/T778《冷水水表和热水水表》列入了国家标准修订计划, 该标准目前已发布。本次修订的GB/T778等同采用ISO4064:2014版标准, 并在内容和主要形式上与R49国际建议相统一。标准中对涉及水表产品的关键性能指标和内容进行了部分修正, 尤其是对智能水表 (电磁水表) 也提出了明确的要求, 标准的发布也将对新的水表检定规程产生相应的较大影响。

其中, 关键性能指标主要有:

1. 流量测量范围 (Q3/Q1)

新标准将水表Q3/Q1的值从原标准的Q3/Q1=10~800, 拓展至Q3/Q1=40~1000。水表流量测量范围 (Q3/Q1) 的拓展, 符合国家对水资源从严计量与控制的要求, 也有利于提高我国水表产品的品质性能和国际市场的竞争力, 国内部分电磁水表厂家其Q3/Q1已达R800, 走在了行业的前列。

2. 准确度等级

新标准新增了准确度等级为1级的水表, 这给高性能电磁水表留出了提升测量准确度的发展空间, 传统的机械水表和带电子装置的机械水表产品, 其准确度等级通常只能达到2级水平, 而电磁水表作为基于电磁流量计原理衍生出来的产品, 通过不断技术**是可以达到1级准确度水平的。

3. 压力损失等级

新标准中增加了对水表压力损失的要求, 规定水表 (含过滤器、滤网、整直器等) 的压力损失在Q1到Q3流量之间应不超过0.063MPa;电磁水表通常其内部无可动部件, 近乎全直通, 压损几乎可忽略不计。

4. 重复性指标

新标准新增了对水表重复性指标的要求, 规定“水表的重复性应满足以下要求:同上等量下三次测量结果的标准偏差应不超过标准规定的*大允许误差的三分之一。试验应在Q1、Q2和Q3流量下进行。”在传统电磁流量计的检定规定中就有对流量点重复性的要求, 现将其用于水表, 这使测量线性度好的电磁水表具有了先天的优势。

5. 电池使用寿命

新标准对“不可更换电池”和“可更换电池”的使用寿命做了新规定, 标准要求:水表上应有电池电量低或者电量耗尽指示符或显示水表更换日期。如果寄存器的显示器显示“电池电量低”的信息, 则自该信息显示之日起, 应至少还有180天的使用寿命。这就要求电磁水表产品在控制使用功耗 (微功耗技术) 和掌握电池的特性 (提升电池使用寿命) 方面有进一步的技术提升。

三、电磁水表的检定及使用

目前电磁水表在国内应用主要是以贸易计量的大口径水表为主, 居民户表领域相对较少。JJG162-2009《冷水水表检定规程》规定, 对于标称口径小于或等于50mm, 且常用流量Q3不超过16m³/h, 用于贸易的水表只做“首次强制检定、限期使用、到期轮换”的要求, 其检定周期一般为2年。

进行水表的检定, 能够保证流量量值的准确和统一, 是对水表厂家产品很好的检验, 也是供水企业与用户作为贸易结算的数据基础, 可减少不必要的贸易纠纷。目前对电磁水表的检定, 法规给出的方法和机械水表一样, 在实验室 (检定站) 的水表装置或水流量装置上检定, 然后拿到现场安装使用, 再按检定规程规定的检定周期返回实验室 (检定站) 进行检定。

电磁水表的首次检定主要关注的性能在于外观、功能、封印、密封性、示值误差等;而使用周期内的性能评估, 则重点在于重复性、环境影响程度、长期稳定性等。

考虑到不同的现场工况环境下, 可能对电磁水表使用的影响也不同, 对上海地区使用1年以上的电磁水表进行了抽样检定, 抽样范围涵盖了不同的安装年份 (自2012至2016年间) 、用水区域 (主城区和各郊区) 、用水工况、计量水量等类别情况, 并将其与使用之前强制检定的情况作了对比和分析。由于是已经在用的电磁水表, 即其在使用前的强制检定均符合JJG162-2009的相关计量标准, 误差曲线均在合格范围之内, 重点关注的是电磁水表在现场随着使用年限和不同工况下示值误差的变化和衰减趋势。


图2 不同使用年限首检与再检计数误差  


图3 部分不同规格首检与再检计数误差http://www.szyibiao.com/

图2为2013年-2016年, 相同启用年、不同规格的抽样电磁水表误差示值前后对比图:对于同一年份使用的电磁水表, 首检与复检的计量准确度均不相同, 但其示值误差并无明显的衰减趋势, 示值误差的变化并不随口径的不同而呈现出规律性的变化。

图3为DN50~DN200口径相同规格、不同使用年限的抽样电磁水表示值误差前后对比图:对于同一口径的电磁水表, 首检与复检的示值误差均不相同, 但其示值误差并无明显的衰减趋势, 示值误差的变化并不随电磁水表使用年份的不同而呈现出规律性的变化。

通过对上海地区使用一年以上的MAG-AX型电磁水表进行检测, 其外观和功能、密封性及示值误差仍能满足JJG162-2009规定的要求;且电磁水表在现场不同工况条件下使用一段时间后, 各项性能指标与出厂检测结果略有变化, 但并没有随时间的变化而呈现明显衰减或大幅波动的趋势, 各项性能仍能满足水表的使用相关要求。

四、小结

电磁水表作为电磁流量计发展而来的测量水流量的先进电子水表, 其计量准确度高, 始动流量小, 具有较宽量程比, 测量性能优越;管内流通面大, 与被测水流接触部分无可动部件, 近乎零压损;不锈钢机身IP68防护等级, 安装维护方便, 可适用于水表的户外各种恶劣环境, 可长期稳定运行;具有数据记录、存储、查询、报警等功能, 数据可追溯;锂电池供电, 供电时间一般可达5年以上, 更换电池后可继续使用。

电磁水表的这些优势很好地契合了新标准下对水表发展所提出的关键指标, 同时也符合国家对水资源从严计量与控制的要求。在对电磁水表的使用后检定与出厂检定进行分析评估中可以看出, 各项指标依然达标, 并不随工况的变化和时间的变化发生明显的衰减和波动。因此, 电磁水表作为水流量测量仪表将在水表市场有更广阔的应用空间。

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