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(fēi)滿管狀态👣下的(de)流量測量而設(she)計的流量計,簡(jian)單介紹了非滿(man)管電磁流量計(jì) 的測量原理,着(zhe)重描述了其獨(du)特的電容液位(wèi)測量系統,分析(xi)🏃了非滿管電磁(ci)流量計在污水(shui)測量應用中的(de)🤩特點及優勢。
0　引(yǐn)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(guó)家環境保護政(zheng)策推動下,企業(yè)對環保工作越(yuè)來越予以重視(shi),生産過程中産(chǎn)生的污水要嚴(yan)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(liàng)。
　　工業排水的流(liu)體流動都是自(zì)然流動,流量大(da),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(chuán)🏃統槽式流量計(jì),不僅精度較低(di),而且帶來較大(da)🤩的水流損失,同(tong)時對上遊渠道(dào)的坡✏️度及下遊(you)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(rú)果用電磁流量(liang)計來測量污水(shui)🐪,則需要建造額(e)外的閘闆和堰(yan)闆以保證滿管(guǎn),這些附加的安(an)裝費用經常會(huì)超出流量計本(ben)身的費用,大口(kou)徑管道時更是(shi)如此,而且還增(zēng)加了管道堵塞(sai)的可能性。随着(zhe)測量技術的不(bu)斷發展💰,目前電(diàn)磁和超聲波技(jì)術都能對非滿(man)管流體流量進(jin)行測🆚量♍。
1　測量原(yuán)理
　　 電磁流量計(jì) 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(xing)流量儀表,由于(yú)其獨特的優點(diǎn),廣泛應用于工(gōng)業過程中各種(zhong)☀️導電液體的流(liú)量測量,在目前(qian)使用的各類流(liú)量計中,其銷量(liàng)僅次于 孔闆流(liú)量計 ,位居第2位(wèi)。
　　電磁流量計是(shi)根據法拉第電(dian)磁感應定律制(zhi)成的,其測🔴量原(yuan)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(ci)力線都垂直的(de)方向上産生一(yi)個感應電勢Ex,它(ta)與被測介質在(zài)磁場中運動的(de)速度成正比,其(qí)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(wèi)電極距離,即導(dǎo)🍓管直徑,爲導體(ti)垂直切割磁力(li)線的長度;v爲被(bei)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(tōng)的電磁流量計(jì)一直用于滿管(guan)測量[1],當測量管(guan)中液體未👣被充(chōng)滿時,普通的電(dian)磁流量計會出(chu)現兩種情況:1)當(dang)⁉️測量管内的液(yè)體超過電極水(shui)平面時,流量計(ji)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(zào)成流量誤👣差。2)當(dāng)測量管内的液(ye)體低于電極水(shuǐ)平面時,輸出就(jiu)不穩定或💃🏻波動(dòng),流量計不💰能測(ce)出電動勢,根本(běn)無法計量♌。
　　非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)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(tong)之處在于它不(bu)僅測量流體的(de)流速,還測量流(liú)體在測量🌈管中(zhōng)的高度而㊙️求得(dé)流通面積A,兩者(zhe)相💁乘獲得流量(liang)。
　　非滿管電磁流(liú)量計由兩部分(fèn)組成,一是安裝(zhuāng)在管道上的流(liú)量傳感器,二是(shì)微處理器控制(zhi)的信号轉換器(qì)。
　　流量傳感器是(shì)直接安裝在管(guǎn)道上的同口徑(jing)圓形暗渠,測量(liàng)流速的原理與(yu)傳統電磁流量(liàng)計的基本相同(tóng),仍以法拉🐇弟電(dian)💞磁感應定律測(cè)量流速V(見圖1)。

　　因傳感器具備(bèi)測量儀表内液(yè)位的功能,它的(de)電極🤩、磁路和測(cè)㊙️量電路則與普(pǔ)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(liú)速的一🙇🏻對電☎️極(jí)不是安裝在測(cè)量管的中心線(xian)處,而是安裝在(zai)離測量管底部(bu)0.1D高度,這樣當液(yè)位不低于0.1D時都(dōu)可測出流速📞,而(ér)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(wèi)測量系統[2]如圖(tú)2所示,在測量管(guan)的襯裏背面安(an)裝📞有一塊檢測(cè)極和4塊發射極(ji),被襯裏層完全(quán)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(ji)之間的電容C與(yǔ)流體💋的高度H成(cheng)🌂一定的比例關(guan)系,通🧑🏾‍🤝‍🧑🏼過測量兩(liang)塊金屬電極之(zhī)間的電容❤️便可(kě)得知液位高度(dù)。當測量管内液(yè)位🔞高🌈度确定後(hou),便可計算出非(fei)滿管流量👨‍❤️‍👨。之所(suǒ)以将發射極分(fèn)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(ti)的不同電導率(lǜ)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(zhi)流動性和介質(zhì)的其👨‍❤️‍👨他性❄️質如(rú)壓力、溫度、黏度(du)✏️、密度、一緻性、電(diàn)導率和電🏃極的(de)污染等無關。
　　與(yu)傳感器配套的(de)帶有微處理器(qi)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(háng)流量的計算💛、顯(xian)示、累積等操🙇🏻作(zuò),同時可以輸出(chu)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(dian)纜連接,電纜的(de)長度從減少幹(gàn)擾的可能性來(lái)說越短越好。但(dàn)現場受安裝環(huán)境、位置❄️的限♍制(zhì)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(shu)指标
量程:35l/h～12000m3/h
精度(dù):1%～2%FS
口徑範圍:200～600mm
防護(hù)等級:IP67,相當于NEMA6
流(liu)速範圍:1～10m/s
電導率(lǜ):≥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(ci)流量計的安裝(zhuāng)與普通型電磁(ci)流量計的安裝(zhuang)要求㊙️基本相同(tóng)。
(1)安裝地點和位(wei)置按需要确定(ding),但電極軸必須(xu)水平。
(2)電磁流量(liang)計必須有良好(hao)的接地,以減少(shǎo)幹擾信号引入(ru)。接地有兩方面(miàn)的要求,一是傳(chuan)感器與轉換器(qì)的接地線必須(xu)與被測介🤩質導(dǎo)通,二是要以大(dà)地爲🌍零電位。
(3)爲(wei)避免幹擾信号(hào),傳感器與轉換(huan)器之間的信号(hao)線必須采用💃🏻專(zhuān)用屏蔽導線,并(bìng)單獨穿在接地(dì)鋼管内,不能把(bǎ)信号電纜和電(dian)源電纜安放在(zài)同一鋼管中。
(4)當(dang)流量計安裝在(zai)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(tè)别要求。
　　非滿管(guǎn)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(ze)附着層電導率(lǜ)與流體📧電導率(lü)不一緻時,會導(dǎo)緻電極回路斷(duan)👈路或短路,儀表(biao)不能正常工作(zuo)。因此對于工業(ye)污水的測量,在(zai) 流量計 選型時(shi)最好能保證流(liú)體流速在3～4m/s以上(shàng),這樣可以在一(yi)定程度上❌起到(dào)自清掃管道、防(fáng)止附着層沉積(jī)的作用。
4　應用
　　非(fei)滿管電磁流量(liang)計作爲一種新(xīn)型流量儀表,具(ju)有無可👣替代的(de)優勢。
從外觀上(shang)看,非滿管電磁(cí)流量計與普通(tōng)電磁流量🚶計并(bìng)沒有🏃‍♀️什麽不同(tóng),同樣具有不受(shòu)流體參數影響(xiang)、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(guang)滑直管,不會有(yǒu)阻塞現🚩象,因此(cǐ)特别适用于測(ce)量含固體顆粒(li)的液固二相流(liú)體,如紙漿、泥漿(jiāng)、污水等。安裝非(fēi)滿管♋電磁流量(liàng)計,其上遊不會(huì)擡高水位,因㊙️此(cǐ)也不會帶來水(shuǐ)頭損失。
　　非滿管(guǎn)流量計的部件(jian)隻有一對電極(ji),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(néng)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(fēi)滿管和滿管流(liu)量的情況下均(jun1)能保持良好的(de)測量精度,這是(shì)電磁流量計研(yan)發的突破。
　　在非(fei)滿管測量中,測(ce)量管内液位通(tong)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(shang)時,能導緻傳感(gǎn)器輸出信号的(de)波動。液位測量(liàng)系統中包含的(de)模糊邏輯☀️和特(te)别濾波電路很(hěn)好地解決了這(zhè)個問題,這🎯就保(bǎo)證了流量計在(zài)☀️介質流動不穩(wen)定或✨流量分布(bu)改變的情況下(xià)仍具有穩定的(de)測量值顯🌈示。
　　由(yóu)此可見,随着環(huán)境治理力度的(de)不斷加大,非滿(mǎn)管流量計在污(wū)水測量中的應(ying)用前景十分廣(guǎng)闊。但非🧡滿管電(diàn)磁❄️流量計也🈚存(cun)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(mu)前隻能用于圓(yuan)形管的流量測(cè)量☁️。
(2)污水治理單(dan)位收取的污水(shuǐ)處理費常數倍(bèi)甚至十餘♌倍潔(jie)淨生活和工業(ye)用水的價格,非(fēi)滿管電磁流量(liang)計測量精度雖(sui)然🚶與傳統槽式(shi)流量計相比大(dà)有提高,但如果(guǒ)作📱爲貿易結算(suàn),儀表精度仍有(you)待進一步提高(gao)。
(3)由于國内尚無(wú)非滿管電磁流(liú)量計生産,國外(wai)廠商及其代理(lǐ)要🐅價甚高,爲傳(chuán)統儀表的2～3倍以(yi)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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