提要(yao)：爲解決大(dà)口徑管道(dao)工業用水(shuǐ)計量間題(tí),在使用🔆認(rèn)證和科學(xue)鑒定荃礎(chǔ)上.選定電(diàn)磁流量計(jì) 作爲計量(liang)表計。本文(wen)介紹電磁(ci)流橄計的(de)工作原理(lǐ)和☁️安裝使(shǐ)用中應注(zhu)意的問題(tí),介紹了該(gāi)公司開展(zhan)工業水計(jì)量工作後(hòu)所取🔴得的(de)顯著經濟(jì)效益。
　　采用(yong)地下大口(kou)徑鑄鐵管(guǎn)道環路供(gòng)水,水質較(jiao)好,電導率(lǜ)較低,但水(shuǐ)中含有漂(piao)浮物及水(shuǐ)生物,如塑(sù)料袋、水草(cǎo)、小魚、菜葉(ye)等。如何解(jiě)決大口徑(jing)管道工業(ye)用水的計(ji)量問題,是(shi)一個長期(qī)困擾公司(si)計🐅控人員(yuan)的一大難(nan)題,經過慎(shèn)重的探讨(tao)和論證,認(ren)爲可🤩在速(sù)度式👌流量(liang)儀表中,選(xuǎn)擇出比較(jiao)适合的計(jì)量用表。由(yóu)此,先👨‍❤️‍👨後在(zài)不同的大(da)口徑工業(yè)用水管路(lu)上安裝了(le) 超聲波流(liu)量計 、 渦街(jiē)流量計 、電(dian)磁流量計(ji)等儀表,以(yi)期實現這(zhè)一目的。
1流(liú)量計的選(xuan)擇
　　由于大(da)口徑管道(dao)水中漂浮(fu)物、水生物(wù)和所用鑄(zhu)鐵🤟管的影(yǐng)響,超聲流(liu)量計、渦街(jiē)流量計不(bú)适用。如氟(fú)化廠管道(dao)上安裝的(de)超聲波流(liú)量計,由于(yú)外界因素(sù)和流體中(zhong)漂浮物的(de)幹擾,一直(zhi)無法正常(chang)☂️運行;錦綸(lun)廠♌管道上(shàng)安裝的渦(wō)街流量計(ji),由于流體(tǐ)中的水草(cao)、塑料袋等(deng)的影響,使(shi)旋渦發👣生(shēng)體的下方(fāng)形不成渦(wō)街㊙️,緻使流(liú)量計⚽無法(fǎ)工作。而在(zai)制藥廠、合(hé)成氨廠👈尿(niao)素車間工(gōng)業用水管(guan)道上安裝(zhuang)的電磁流(liú)量計,獲得(de)了🍓滿意的(de)測量效果(guo)。由此認爲(wei)電磁流量(liàng)計是目前(qian)解決我公(gong)司大口徑(jìng)管道🔞工業(ye)用水計量(liang)間題較爲(wèi)理想的表(biǎo)計。
2電磁流(liu)量計
　　電磁(ci)流量計是(shi)應用法拉(lā)第電磁感(gan)應原理制(zhi)成的測量(liang)導電介質(zhi)體積流量(liàng)的新型感(gǎn)應式流量(liàng)測量儀表(biǎo)。它具有壓(yā)力損失小(xiao)💰,儀表線性(xìng)度較好,不(bú)受被測液(ye)體的溫度(dù)、壓力、粘😍度(du)等影響,可(ke)測量含雜(zá)質液體,量(liàng)程寬,對同(tong)一台儀表(biǎo)來說,其量(liàng)程比可達(da)1:100,口徑大,反(fan)應靈敏,耐(nài)腐蝕,壽命(mìng)長等顯著(zhe)特♌點。
它的(de)不足之處(chu)是:
(1)隻能測(cè)量具有一(yi)定導電性(xing)的液體,要(yao)求被測介(jie)質的電🙇🏻導(dao)率在10一1一(yi)10“5材cm之間,相(xiàng)當于蒸餾(liú)水的電導(dao)率🔞。
(2)不能測(cè)量高溫高(gāo)壓流體(測(cè)量管的絕(jué)緣襯裏材(cái)料受溫度(du)的🙇🏻限制造(zao)成)。
(3)受流速(su)分布影響(xiǎng),在流速軸(zhóu)對稱分布(bù)的情況下(xià),流量信号(hào)與平均流(liu)速成正比(bǐ),如破壞了(le)流速的軸(zhóu)對稱分布(bu),将産生誤(wu)差,因此🛀需(xu)在其前後(hòu)有一定長(zhǎng)度的直管(guǎn)段。
(4)易受外(wai)界電磁幹(gan)擾。
2.1基本原(yuán)理
　　在磁感(gǎn)應強度爲(wèi)B的均勻磁(ci)場中,垂直(zhí)于磁場方(fāng)向放一内(nei)徑爲D的不(bú)導磁管道(dao),當導電液(yè)體在管道(dào)内以速度(du)V流動時📧,液(ye)體切割🌈磁(cí)力線,若在(zai)管道截面(miàn)上垂直于(yu)磁場的直(zhí)徑兩端安(an)裝一對電(dian)極,隻要管(guǎn)道内流體(ti)流🔞速分布(bu)爲軸對稱(cheng),則🈲兩電極(ji)之✂️間産生(sheng)感👅應電動(dòng)勢e,根據法(fa)拉第電磁(cí)感應原理(lǐ):
E=BD`U·······················(1)
則體積流(liú)量爲·······················(2)
兩式(shi)中:e一感應(yīng)電動勢(V)
B—磁(cí)感應強度(du)(wb/m2)
D一管道内(nei)徑(m)
`U 一流體(ti)平均流速(sù)(m/s)
Qv—流體體積(jī)流量(m3/h)
要使(shǐ)式(2)嚴格成(cheng)立,必須使(shi)測量條件(jiàn)滿足于:
(l)磁(cí)場是均勻(yún)分布的恒(heng)定磁場
(2)被(bèi)測流體的(de)流速爲軸(zhóu)對稱分布(bu)
(3)被測液體(ti)是非磁性(xing)的,電導率(lü)均勻且各(gè)向同性
2.2測(cè)量系統組(zu)成
　　基本系(xi)統由傳感(gǎn)器(變送器(qì)、檢測器)和(hé)轉換器兩(liǎng)部分組🍓成(cheng),僅完成流(liu)量的檢測(ce),在基本系(xi)統後加裝(zhuāng)流量積算(suàn)器,可實現(xiàn)累積流☔量(liàng)的功能,如(rú)若接入計(ji)算機系統(tǒng),則不僅⛹🏻‍♀️可(kě)顯示瞬時(shí)流量、累積(jī)流量、日期(qi)、時間等功(gōng)能,還具有(you)開方比例(li)積算器和(hé)定值輸出(chū)等👨‍❤️‍👨功能,可(ke)完成打印(yìn)、通訊和聯(lian)網,實現自(zì)動控制。
　　傳(chuán)感器有管(guan)道式、潛水(shuǐ)式、插入式(shì)三種形式(shì)。當采用帶(dai)壓開孔、帶(dài)壓安裝技(ji)術後,可在(zài)不停車(停(ting)水)的情況(kuàng)下安裝,也(ye)可🏒在鑄鐵(tie)管上安裝(zhuang), 插入式電(diàn)磁流量計(ji) 爲大口徑(jing)管道流體(tǐ)流量的測(ce)量提供了(le)一種新的(de)方✂️式,并具(jù)♌有安裝優(you)勢和價格(gé)優勢。
3電磁(ci)流量計誤(wu)差來源的(de)初步分析(xi)
3.1非軸對稱(cheng)流動引起(qǐ)的誤差
　　流(liu)體在管内(nèi)流速爲軸(zhou)對稱分布(bù)時,流量計(ji)電極上所(suo)産生的感(gan)🌈應電動勢(shi)的大小與(yǔ)流體的流(liú)動狀态無(wú)關,與流體(ti)的平均流(liu)速成正比(bǐ)。每個流動(dòng)質點相🔴對(duì)于電極幾(ji)何位置的(de)不同,對電(dian)極所🐉産生(shēng)的感應電(dian)動勢e的貢(gòng)獻也不同(tóng),愈靠近電(dian)極的質♉點(dian)、速度越大(da)的質點,對(dui)👨‍❤️‍👨e的貢獻越(yue)大,因此必(bì)須保🔴證流(liu)體的流🐇速(su)爲軸對稱(cheng)。
　　當管道未(wei)充滿流體(tǐ)或由于閥(fá)門、彎頭、三(sān)通接頭的(de)影響🚶‍♀️,管路(lu)内流體将(jiang)産生遊渦(wo)流,直接破(pò)壞流體流(liú)速的軸對(duì)稱分😍布。根(gen)據理🤩論分(fen)析,由于流(liú)速分布和(hé)渦流的影(ying)響,流量計(jì)上遊直管(guǎn)段應有一(yī)定的長度(dù),按附加誤(wu)差不影響(xiǎng)流量計精(jing)度(約0.5%)的原(yuán)則,其上遊(you)直管段長(zhang)度應爲5D,下(xià)遊直管段(duàn)一般可取(qǔ)2D。
3.2電導率對(dui)測量誤差(chà)的影響
　　電(dian)導率的降(jiàng)低,将增加(jiā)檢測器的(de)輸出阻抗(kàng),并且因轉(zhuan)❤️換器輸🧡入(rù)📐阻抗引起(qǐ)的負載效(xiào)應而産生(shēng)誤差,同時(shí),将增加靜(jìng)電感應的(de)噪聲,降低(di)流量計的(de)信噪比☔。電(dian)導率✌️高于(yú)10-1s/cm時,也會降(jiang)低流量信(xin)号,改變指(zhǐ)示值。
　　檢測(ce)器的輸出(chu)阻抗決定(dìng)轉換器的(de)輸入阻抗(kàng)的大小🆚。檢(jian)測器的輸(shu)出阻抗由(you)流體的電(dian)導率和電(dian)極的大小(xiao)所支配。
　　當(dāng)直徑爲dl(m)的(de)圓闆電極(jí)與電導率(lü)爲s(s/m)的半無(wu)限展寬的(de)流體接💜觸(chu)時,其展寬(kuan)電阻爲1/2sdl（Ω）。因(yin)此,如管道(dao)直徑D》dl.則檢(jian)測👉器的輸(shu)出阻抗爲(wèi)兩㊙️個展寬(kuan)電阻之和(he),即等于1/sdl。
　　取(qu)流體電導(dǎo)率的下限(xian)爲5~20μs/cm,電極直(zhi)徑爲0.5cm,則檢(jiǎn)測器的輸(shu)出🐆阻抗爲(wèi)400~100kΩ,爲将輸出(chū)阻抗的影(yǐng)響控制在(zai)0.1%以下,轉換(huan)器的輸入(rù)阻抗應是(shì)40OMΩ。
　　自來水、原(yuán)水的電導(dǎo)率約在15~500μs之(zhi)間,大于電(diàn)磁流量計(jì)電導率要(yào)👉求✌️5μs/cm的最低(dī)值,能滿足(zu)水計量用(yong)表的要求(qiú)。
3.3信号傳輸(shu)電纜的影(ying)響
　　檢測器(qì)與轉換器(qì)間的距離(lí)應盡量縮(suo)短,使兩者(zhe)盡可能👣靠(kào)近,檢👣測器(qì)與轉換器(qi)之間的距(ju)離由信号(hao)分布電容(róng)和被測📐液(yè)體的電導(dǎo)率所決定(ding)。電導率與(yǔ)電纜長度(du)的關系⁉️見(jiàn)下圖。

　　實際(ji)使用中信(xin)号傳輸電(diàn)纜的電容(rong)影響:當檢(jian)測器與轉(zhuan)換器之間(jiān)的電纜長(zhang)度超過30m時(shi),由電纜電(dian)容引起的(de)負載效應(yīng)就成✂️爲一(yī)個問題,這(zhe)時可使用(yong)雙芯雙層(ceng)屏蔽電纜(lǎn),用低阻抗(kang)的電壓源(yuán)對内側屏(ping)蔽層加以(yi)與芯㊙️線相(xiàng)同的電壓(yā),以形❌成屏(ping)蔽,使兩者(zhě)之間無電(dian)流通過,從(cong)而可避免(miǎn)電纜的負(fù)載💛效應的(de)存在,信号(hao)電纜的長(zhǎng)度可延長(zhǎng)到3O0m左右。
3.4電(diàn)極表面污(wū)染的影響(xiǎng)
　　在測量有(yǒu)附着沉澱(diàn)物的流體(ti)時,電極表(biao)面将受到(dào)污染✍️,常🔞常(cháng)引起零點(diǎn)漂移,零點(diǎn)變化和電(dian)極污染程(chéng)度兩者之(zhi)間的🛀關系(xì)複雜,但可(kě)以說,電極(ji)直徑越小(xiǎo),所受影響(xiang)也越小,在(zai)使用中,應(ying)注意電極(jí)的定期清(qing)洗,現已有(you)亂闆式電(diàn)磁流量計(ji)❗,可有效地(di)解決這一(yi)問題。
3.5勵磁(ci)方式的影(yǐng)響
　　現電磁(cí)流量計大(da)都采用了(le)恒定電流(liú)的低頻方(fāng)波勵磁方(fāng)式,用開關(guān)回路把直(zhi)流恒流回(hui)路的輸出(chu)電流周期(qi)性地交換(huàn)極性,産⭐生(sheng)方波勵磁(ci)電流。勵磁(ci)電流的極(jí)🏃‍♂️性轉換周(zhōu)期選擇爲(wei)工業交流(liu)電周期的(de)偶數倍,這(zhe)樣可消除(chu)工業頻率(lǜ)的噪聲,排(pai)除了交流(liu)磁場的電(dian)渦流和直(zhi)流磁場的(de)極化幹擾(rǎo),使得精度(dù)可✔️達到0.5%以(yi)上。
3.6安裝的(de)影響
　　配置(zhi)和配管的(de)基本條件(jian)是:檢測器(qì)内應充滿(man)被測介質(zhi)🈚流體,避免(mian)氣泡在電(dian)極上的附(fù)着,避免沉(chen)澱和襯裏(li)的局部磨(mo)損。
　　電極檢(jian)測出的信(xin)号是以檢(jiǎn)測器内液(ye)體電位爲(wèi)基準的,僅(jǐn)有㊙️數mV的微(wei)小交流電(diàn)勢。爲了使(shi)液體電位(wèi)穩定并使(shi)變送器🚶與(yu)流體保持(chi)等電位,以(yǐ)保證穩定(dìng)地進行測(cè)量,檢測器(qi)、轉換㊙️器和(he)金屬管兩(liang)段,均應有(you)良好的接(jie)地。良好的(de)接地可保(bao)證流量計(jì)的🔞準确工(gong)作🧑🏾‍🤝‍🧑🏼,排除其(qi)它不相關(guān)的幹擾電(dian)波。但應注(zhu)意要采用(yong)同🧑🏾‍🤝‍🧑🏼一點接(jiē)地,并不得(de)與其它電(dian)器設備共(gong)用接地線(xiàn)。接地電阻(zǔ)應㊙️小于10n,安(an)裝時還應(ying)避開具👅有(you)強磁場的(de)設備和環(huán)境溫度過(guo)高的地方(fang)。
3.7液體流動(dòng)狀态和平(píng)均流速的(de)影響
(1)層流(liu)和紊流
　　由(yóu)流體力學(xué)中的雷諾(nuò)實檢可知(zhi),在平直圓(yuán)管中,流體(tǐ)流動的類(lèi)型可分爲(wei)層流(滞流(liu))與紊流(湍(tuān)流)兩大類(lèi),用雷諾🐪數(shù)Re大小來♉加(jiā)以😄區别。當(dāng)Re≤2000時,爲層流(liu);Re≥4000時,爲紊流(liú);Re=2000~4000之間🧑🏽‍🤝‍🧑🏻時,可(ke)能是層流(liu),也可能是(shi)紊流,一般(bān)稱爲過渡(dù)流。

流體處(chu)于紊流時(shí),在半徑方(fāng)向上距管(guan)路中心軸(zhou)線rx處🏃‍♀️的最(zui)大流速Ux用(yong)下式計算(suàn):

(3)、（4）兩式中：
Ux—距(jù)管路中心(xin)軸線xr處的(de)最大流速(sù)(m八)
Umax—管路中(zhong)心軸線處(chu)的最大流(liú)速(m/s)
rx—管壁内(nei)側距管中(zhong)心軸線處(chù)X點的距離(li)(m)
R—管道的半(ban)徑(m)
n—與雷諾(nuo)數有關的(de)尼庫拉茲(zi)(Nikuradse)系數。
　　層流(liu)時,由式3可(ke)知,流速變(biàn)化爲抛物(wu)線分布,在(zai)管路🈲中心(xin)軸線㊙️處達(da)到最大Umax,即(jí)使Re值發生(shēng)變化,流速(su)分布狀态(tai)也不💚改變(bian),(見圖a)。紊流(liú)時,由式4可(kě)知,其流速(sù)分布在管(guan)路内壁的(de)近旁比層(ceng)流時的流(liu)速大,流速(su)分布形狀(zhuang)随雷諾數(shu)變化而發(fa)生改🈚變,見(jian)(圖b)。

①流體常(chang)用流速範(fan)圍與雷諾(nuo)數關系見(jian)表1。
以水爲(wèi)例:取p=1000kg/m3
Μ=101×10-5N×S/ m3
②平均(jun)速度點
根(gēn)據尼庫拉(lā)茲(Nikuardse)算式,當(dang)流體處于(yu)湍流狀态(tài)時:

上表中(zhōng):管道中流(liu)體處于紊(wěn)流狀态


雷(léi)諾數與尼(ní)庫拉茲系(xi)數的關系(xì)見表2。

當n=7.0時(shi)rx=0.24228R即r=0.12lD
n=9.9時xr=0.23682R即r=0.118n
D爲(wei)管道内徑(jìng),則xr≈0.12D
結論:當(dang)管道中心(xin)處的流體(tǐ)處于紊流(liu)狀态時,在(zài)離管内壁(bì)0.12D處的速度(dù)可表示爲(wei)平均速度(du),在2.56×10-4≤Re≤3.07×106時,誤差(cha)小于1.14%(即同(tóng)一儀表在(zài)量程比可(ke)高達1:100時)。同(tóng)時也得出(chū)了儀表電(diàn)⁉️極的插入(ru)深度🏃🏻‍♂️。由(5)可(ke)以🌐很方便(biàn)的得出插(cha)入深度對(duì)測量所造(zào)成的誤差(cha)。
4經濟效益(yì)
　　電磁流量(liàng)計的采用(yong),對水資源(yuán)管理起到(dao)了較大的(de)作用,取得(de)⛷️了📞明顯的(de)經濟效益(yi)。可以相信(xin),随着科學(xué)技術✌️的不(bu)斷進步,電(diàn)磁流量計(ji)生産水平(ping)的不斷提(ti)高,性能的(de)不斷完善(shan),其應用範(fan)圍必将🔞更(gèng)爲廣泛。

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