摘要(yao):環境保護是我(wo)國的基本國策(ce)之一,工業污水(shui)的🏃🏻‍♂️計量越來㊙️越(yue)引起重視。介紹(shào)了一種專爲非(fei)滿管狀态🏃🏻下的(de)流量測量而設(she)計的流量計,簡(jiǎn)單介紹了非滿(mǎn)管電磁流量計(jì) 的測量原理,着(zhe)重描述了其獨(dú)特的電容液位(wei)測量💜系統,分析(xī)了🌈非滿管電磁(ci)流量計在污水(shuǐ)測量應用中的(de)特點及優勢。
0　引(yin)言
　　環境保護已(yǐ)經成爲我國經(jīng)濟持續發展的(de)基本國策,在國(guo)家環‼️境保護政(zhèng)策推動下,企業(yè)對環保工作越(yuè)來🏃‍♂️越予以重視(shì),生産過❓程中産(chan)生的污水要嚴(yán)格🚶‍♀️控制其排放(fang)量,爲此要求安(ān)裝流量計來計(jì)量污水排放量(liang)。
　　工業排水的流(liú)體流動都是自(zi)然流動,流量大(dà),非滿❄️管并且具(ju)有自由水面,正(zheng)确地進行測量(liàng)有一定的難度(du)。以前多采💛用傳(chuan)統槽式流量計(ji),不僅精度較低(di),而且帶來較大(dà)的水流損失,同(tóng)時對上📧遊渠道(dao)的坡度及下遊(yóu)水深也均有一(yī)定的要求,當不(bu)能滿足條件時(shí)測量精度會降(jiàng)低,有時甚至無(wu)法進行測量。如(ru)果用電磁流量(liang)計來測量污水(shuǐ),則需要建造額(e)外的閘闆和堰(yàn)闆以保證滿管(guan)💛,這些附加的安(ān)裝費用經常🙇‍♀️會(huì)超出流量計本(běn)身的費用,大口(kou)徑管道時更是(shì)如此,而且還增(zēng)加了管道堵塞(sāi)🧡的可能性。随着(zhe)🔞測量🌏技術的不(bu)斷發展,目前電(dian)磁和超聲波技(jì)術都能對🌂非滿(mǎn)管流體流量進(jin)行測量。
1　測量原(yuán)理
　　 電磁流量計(ji) 是20世紀50～60年代随(suí)着電子技術的(de)發展而迅速發(fa)展起來的新📱型(xíng)流📧量儀表,由于(yú)其獨特的優點(dian),廣泛應用于工(gōng)業過程中🧑🏽‍🤝‍🧑🏻各種(zhǒng)導電液體的流(liu)量測量,在目前(qián)使用的🥰各類流(liu)量計中,其銷量(liàng)🥰僅次于 孔闆流(liú)量計 ,位居第2位(wei)。
　　電磁流量計是(shì)根據法拉第電(dian)磁感應定律制(zhì)成的,其測量原(yuán)理如下:當導電(dian)的被測介質垂(chuí)直于磁力線方(fang)向流🔅動時,在與(yu)介質流動和磁(cí)力線都垂直的(de)方向上産生一(yi)個感應🚶‍♀️電勢Ex,它(tā)與被測㊙️介質在(zai)磁場中運動的(de)速度成正比,其(qi)關系🔴式爲
Ex=KBDv
式中(zhōng):K爲儀表常數;B爲(wei)磁感應強度;D爲(wei)電極距離,即導(dao)管直✔️徑,爲導體(tǐ)垂直切割磁力(lì)線的長度;v爲被(bèi)測介🧑🏾‍🤝‍🧑🏼質在☀️磁場(chǎng)中運動的速度(du)。
由感應電勢可(kě)以計算出流體(tǐ)流速,将流體流(liú)速管道截面積(ji)相乘,即可得出(chū)體積流量Q。
　　普通(tong)的電磁流量計(jì)一直用于滿管(guǎn)測量[1],當測量管(guan)中🤞液體📱未被🙇🏻充(chōng)滿時,普通的電(diàn)磁流量計會出(chū)現兩種情況:1)當(dāng)測量管内🈲的液(yè)體超過電極水(shui)平面時,流量計(jì)所🆚顯示的是實(shi)際液體的體積(jī)流量加上空氣(qi)所占據的那部(bù)分體積之和,造(zao)成流量誤差。2)當(dang)測量🔴管内的液(ye)體低于電極水(shui)平面時,輸出✌️就(jiù)不穩定或波動(dòng),流量計不能測(cè)出電動勢,根本(běn)無法計量‼️。
　　非滿(man)管電磁流量計(ji)是專爲非滿管(guan)狀态下的流量(liang)測量而設計的(de),它與普通電磁(ci)流量計的不同(tóng)之處在于它不(bú)僅測量流體的(de)流速,還測量流(liú)體在測量管中(zhong)的高度而求得(de)流通面積A,兩者(zhe)相乘獲得流量(liàng)✌️。
　　非滿管電磁流(liú)量計由兩部分(fen)組成,一是安裝(zhuang)在管道上的🈚流(liú)量傳感器,二是(shì)微處理器控制(zhì)的信号轉換器(qi)。
　　流量傳感器是(shi)直接安裝在管(guan)道上的同口徑(jing)圓形暗渠,測量(liàng)流速的原理與(yǔ)傳統電磁流量(liang)計的基本相同(tong)🙇‍♀️,仍以法拉🔞弟電(dian)磁感🧡應定律測(ce)量流速V(見圖1)。

　　因傳感器具備(bèi)測量儀表内液(ye)位的功能,它的(de)電極、磁路和測(cè)量電路則與普(pu)通電磁流量計(jì)有較大差别。
　　電(diàn)容式液位測量(liang)系統的電磁流(liú)量計,它測量流(liu)速的一對💯電極(jí)不是安裝在測(ce)量管的中心線(xian)處,而是💃安裝在(zài)離👄測量管底部(bù)0.1D高度,這樣當液(ye)位不低于0.1D時都(dōu)可測出流速,而(er)且又📐避免了♈測(cè)量管中沉澱物(wu)給測量帶來的(de)影響。

　　電容液位(wei)測量系統[2]如圖(tu)2所示,在測量管(guǎn)的襯裏背面安(an)裝有一塊檢測(ce)極和4塊發射極(ji),被襯裏層完全(quan)❄️覆蓋,與管内液(ye)體充分絕緣。将(jiāng)高頻電壓引入(rù)發射極,然後測(ce)出檢測極中的(de)感應電流。電🍓極(jí)之間的電容C與(yǔ)流體的高度H成(chéng)一定的比例關(guan)系,通過測量兩(liang)塊金屬電極之(zhi)間的電容便可(ke)得知液位高度(du)。當測❗量管内液(ye)位高♉度确定後(hòu),便可計算出非(fēi)滿管流量💯。之所(suǒ)以将😄發射極🔱分(fen)爲數片,是爲了(le)提高測量精度(dù)。測量管底部的(de)發射極始終處(chu)在液面之下,可(kě)以作爲基準來(lái)⛹🏻‍♀️修正不同液⁉️體(tǐ)的不同電導率(lü)引起的偏😄移量(liàng)。當管内液體流(liu)速大于1m/s時,其測(ce)量準确率一般(ban)可達±1%FS。一般地,測(cè)量精度與介質(zhì)流動性和介質(zhi)的其他性💔質如(ru)壓力、溫度、黏度(dù)、密度、一緻性、電(diàn)導率和電🐇極的(de)污染等無關。
　　與(yǔ)傳感器配套的(de)帶有微處理器(qì)的信号轉換器(qì),流速👅信号和液(ye)👣位信号引入轉(zhuǎn)換器,可以進行(hang)流量的☔計算、顯(xiǎn)示、累積等操作(zuo),同時可以輸出(chū)電流信号或脈(mo)沖信号,接口可(kě)選爲🈲HART,SMART或RS485。
　　信号轉(zhuǎn)換器與傳感器(qi)之間以專用電(diàn)纜連接,電纜🌍的(de)長度從減少幹(gàn)擾的可能性來(lai)說越短越好。但(dan)現場受安裝環(huan)境💁、位置的限制(zhi)要考慮電纜的(de)長度問題,它受(shòu)以下3方面的限(xian)制:介質的電導(dao)✍️率、勵磁電纜的(de)截面積、信号電(diàn)纜的型号。
2　技術(shù)指标
量程:35l/h～12000m3/h
精度(du):1%～2%FS
口徑範圍:200～600mm
防護(hù)等級:IP67,相當于NEMA6
流(liú)速範圍:1～10m/s
電導率(lü):≥5μs/cm
工作溫度:-5～+60℃
工作(zuo)壓力:10bar
3　安裝與維(wei)護
　　非滿管電磁(cí)流量計的安裝(zhuāng)與普通型電磁(ci)流量計的安裝(zhuāng)要求基本相同(tong)。
(1)安裝地點和位(wei)置按需要确定(dìng),但電極軸必須(xū)水平🔴。
(2)電磁流量(liang)計必須有良好(hǎo)的接地,以減少(shǎo)幹擾信号引🥰入(rù)🌈。接地有兩方面(mian)的要求,一是傳(chuan)感器與轉換器(qi)的接地線必須(xu)與被測介質導(dao)通,二是要以大(dà)地爲零電位。
(3)爲(wèi)避免幹擾信号(hào),傳感器與轉換(huan)器之間的信号(hào)線♌必須采用💁專(zhuān)用屏蔽導線,并(bing)單獨穿在接地(di)鋼管内,不能把(ba)信号電纜和🐉電(diàn)源電纜安放在(zai)同一鋼管中。
(4)當(dang)流量計安裝在(zài)地下時,需要設(shè)置儀表井。
(5)介質(zhi)流動不穩定對(duì)測量值并無影(ying)響,所以安裝流(liu)量計時對前🔴後(hou)直管段并無特(te)别要求。
　　非滿管(guan)電磁流量計的(de)維護工作量很(hen)小,但是在運行(hang)一段時間以後(hòu),污水常會在傳(chuan)感器内壁積聚(ju)附着層,應及時(shí)予以清除,否則(zé)附着層電導率(lü)與流體電導率(lǜ)不一緻時,會導(dao)緻電極🏃🏻回路斷(duàn)路或短路,儀表(biao)不能正常工作(zuo)。因此對于工㊙️業(yè)污水的測量,在(zài) 流量計 選型時(shi)最好能保證流(liu)體流速在3～4m/s以上(shang),這樣可以在💋一(yi)🎯定程度上起到(dào)自清掃管道、防(fang)止附着層沉積(ji)的作用♊。
4　應用
　　非(fēi)滿管電磁流量(liàng)計作爲一種新(xin)型流量儀表,具(ju)有無⭕可替代的(de)優勢。
從外觀上(shàng)看,非滿管電磁(cí)流量計與普通(tong)電磁流量🔞計并(bìng)🌈沒有什麽不同(tong),同樣具有不受(shòu)流體參數影響(xiǎng)、無可☁️動部件、無(wu)阻流件、壓損極(ji)小、無測量滞後(hou)現象、線性輸出(chū)和範圍度寬✔️等(děng)優點。
　　非滿管電(diàn)磁流量計的測(cè)量通道是段光(guāng)滑直管,不會⭐有(yǒu)阻塞現象,因此(cǐ)特别适用于測(cè)量含固體顆粒(lì)的液☀️固二相流(liú)‼️體,如紙漿、泥漿(jiāng)、污水等。安裝非(fei)滿管電磁流🛀🏻量(liang)計,其上遊不會(huì)擡高水位,因此(ci)也不會帶來水(shui)頭損失。
　　非滿管(guǎn)流量計的部件(jiàn)隻有一對電極(jí),不存在停工檢(jian)修的問題,流量(liang)管的Irathane襯裏耐磨(mo)損,抗腐蝕性能(neng)好💜。
　　非滿管電磁(cí)流量計可測的(de)管道内液位爲(wèi)截面的10%～100%,其在非(fei)滿管和滿管流(liú)量的情況下均(jun1)能保持良好的(de)測量精度,這🔞是(shi)電磁流量計研(yán)發的突破。
　　在非(fei)滿管測量中,測(cè)量管内液位通(tōng)常會出現波動(dòng),這些波動🍓,特别(bie)是當其處在電(diàn)極的水平面上(shàng)時,能📞導緻傳感(gan)器輸出信🔅号的(de)波動。液位測量(liang)系統中包含的(de)模糊邏輯和特(te)别濾波電路很(hen)好地解決了這(zhe)個問題,這就保(bao)證了流量計在(zài)介質流動不穩(wěn)定或流量分布(bù)改變的情況下(xia)仍具有穩定♈的(de)測量值顯🛀🏻示。
　　由(yóu)此可見,随着環(huan)境治理力度的(de)不斷加大,非滿(man)管流量💋計👅在污(wu)水測量中的應(ying)用前景十分廣(guang)闊。但非滿管電(diàn)磁流量🔞計也存(cún)在着一些目前(qián)尚未完全解決(jue)的問題:
(1)非滿管(guan)電磁流量計目(mù)前隻能用于圓(yuán)形管的流量測(ce)✍️量。
(2)污水治理單(dān)位收取的污水(shuǐ)處理費常數倍(bèi)甚至十餘倍潔(jié)淨生活和工業(yè)用水的價格,非(fēi)滿管電磁流👄量(liàng)計測量精度雖(suī)然與傳統槽式(shì)流量計相比大(dà)有提高,但如果(guo)作爲貿易結算(suan),儀表精度仍有(yǒu)待進一步提高(gāo)。
(3)由于國内尚無(wu)非滿管電磁流(liú)量計生産,國外(wai)廠商✉️及其代理(li)要價甚高,爲傳(chuán)統儀表的2～3倍以(yǐ)上,這給非滿管(guan)電磁流量計的(de)🈲普及帶來了一(yi)定的難度。

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