提要(yào)：爲解決(jue)大口徑(jìng)管道工(gōng)業用水(shuǐ)計量間(jian)題,在使(shi)用認證(zheng)💯和科學(xue)鑒定荃(quán)礎上.選(xuǎn)定電磁(ci)流量計(ji) 作爲計(jì)量表計(ji)。本文介(jiè)紹電磁(cí)流橄計(jì)的工作(zuo)原理和(hé)安裝使(shǐ)用🐕中應(ying)注意的(de)問題,介(jiè)紹了該(gai)公司開(kai)展工業(yè)水計量(liang)工🌈作後(hòu)所取得(de)的顯著(zhe)經濟效(xiào)益。
　　采用(yòng)地下大(da)口徑鑄(zhù)鐵管道(dào)環路供(gòng)水,水質(zhi)較好,電(dian)導率較(jiao)低,但水(shuǐ)中含有(yǒu)漂浮物(wu)及水生(sheng)物,如塑(su)料袋、水(shuǐ)草、小魚(yu)、菜葉等(děng)。如何解(jiě)決大口(kou)徑管道(dào)工業用(yòng)水的計(ji)量問題(tí),是一個(ge)長期困(kùn)擾公司(si)計控人(rén)員的一(yi)大難題(ti),經過慎(shèn)重的🍉探(tan)讨和論(lùn)證,認爲(wei)可在速(sù)度式❗流(liu)量儀表(biao)中,選擇(ze)出比較(jiao)适合的(de)計量♉用(yòng)表。由此(cǐ),先㊙️後在(zài)不同的(de)大口徑(jing)工業用(yong)水管路(lù)上安裝(zhuang)了 超聲(sheng)波流量(liang)計 、 渦街(jie)流量計(jì) 、電磁流(liú)量計等(deng)儀表,以(yǐ)期實現(xiàn)這一目(mu)的。
1流量(liang)計的選(xuǎn)擇
　　由于(yu)大口徑(jing)管道水(shui)中漂浮(fú)物、水生(shēng)物和所(suo)用鑄鐵(tie)管的🏃‍♂️影(yǐng)響,超聲(shēng)流量計(jì)、渦街流(liú)量計不(bú)适用。如(ru)氟化廠(chang)管道上(shàng)安裝的(de)超聲波(bō)🏒流量計(jì),由于外(wai)界因素(sù)和流體(tǐ)中漂浮(fu)物的幹(gàn)擾🥵,一直(zhí)無❄️法正(zhèng)常運行(háng);錦綸廠(chang)管道上(shang)安💁裝的(de)渦街流(liu)量計,由(yóu)于流體(ti)中的水(shui)草、塑😘料(liào)袋等的(de)影響,使(shi)旋渦發(fā)生體的(de)下方💰形(xíng)不成渦(wō)街,緻使(shi)流量計(ji)無法工(gōng)作。而在(zài)制藥廠(chang)、合成氨(ān)廠💯尿素(sù)車間工(gōng)業用水(shuǐ)管道上(shang)安🏒裝的(de)電磁流(liu)量計,獲(huo)得了滿(mǎn)意的測(cè)量效果(guo)。由此認(ren)爲電磁(ci)流量計(jì)是目前(qian)解決我(wǒ)公司大(dà)口徑管(guan)道工業(ye)用水計(ji)量間題(tí)較爲理(li)想的表(biao)計。
2電磁(cí)流量計(ji)
　　電磁流(liu)量計是(shi)應用法(fǎ)拉第電(dian)磁感應(yīng)原理制(zhì)成的測(cè)量導電(diàn)介🤞質體(ti)積流量(liàng)的新型(xíng)感應式(shì)流量測(ce)量儀表(biǎo)。它具有(you)壓力損(sun)失小,儀(yi)表線性(xing)度較好(hǎo),不受被(bèi)測液體(tǐ)的溫度(dù)⭐、壓力、粘(zhan)度等影(yǐng)響,可測(ce)🏃‍♀️量含雜(zá)質液體(tǐ),量程寬(kuan),對同一(yi)台儀表(biǎo)來說,其(qi)量程比(bi)可達1:100,口(kou)徑大,反(fan)應靈敏(mǐn),耐腐蝕(shí),壽命長(zhang)等顯著(zhe)特點。
它(ta)的不足(zú)之處是(shì):
(1)隻能測(ce)量具有(you)一定導(dǎo)電性的(de)液體,要(yao)求被測(ce)介質的(de)電導率(lǜ)在🔴10一1一(yī)10“5材cm之間(jiān),相當于(yú)蒸餾水(shui)的電導(dao)率。
(2)不能(néng)測量高(gao)溫高壓(ya)流體(測(ce)量管的(de)絕緣襯(chen)裏材料(liao)受💃🏻溫度(du)的限制(zhi)造成)。
(3)受(shòu)流速分(fen)布影響(xiǎng),在流速(sù)軸對稱(chēng)分布的(de)情況下(xià),流量信(xìn)号與平(ping)🌈均流速(su)成正比(bǐ),如破壞(huai)了流速(sù)的軸對(dui)🏃‍♀️稱分布(bù),将産生(sheng)誤差,因(yīn)此需在(zai)其前後(hou)有一定(ding)長度的(de)直管段(duàn)。
(4)易受外(wai)界電磁(cí)幹擾。
2.1基(ji)本原理(lǐ)
　　在磁感(gǎn)應強度(du)爲B的均(jun1)勻磁場(chang)中,垂直(zhí)于磁場(chang)方向放(fang)♊一✂️内徑(jing)爲D的不(bu)導磁管(guan)道,當導(dao)電液體(tǐ)在管道(dao)内💃🏻以速(sù)度V流動(dong)時,液體(tǐ)切割磁(cí)力線,若(ruò)在管道(dao)截面上(shàng)垂直于(yú)㊙️磁場的(de)直徑兩(liang)端安裝(zhuāng)一對電(dian)極,隻要(yao)管道内(nei)流體流(liu)速分布(bù)爲軸對(duì)稱,則❄️兩(liǎng)電極之(zhi)間産生(sheng)感應電(diàn)動勢e,根(gen)據法拉(la)第電磁(cí)感應原(yuan)理:
E=BD`U·······················(1)
則體(tǐ)積流量(liàng)爲·······················(2)
兩式(shi)中:e一感(gǎn)應電動(dòng)勢(V)
B—磁感(gǎn)應強度(du)(wb/m2)
D一管道(dào)内徑(m)
`U 一(yi)流體平(píng)均流速(sù)(m/s)
Qv—流體體(tǐ)積流量(liang)(m3/h)
要使式(shì)(2)嚴格成(cheng)立,必須(xū)使測量(liang)條件滿(mǎn)足于:
(l)磁(ci)場是均(jun)勻分布(bù)的恒定(dìng)磁場
(2)被(bèi)測流體(tǐ)的流速(su)爲軸對(dui)稱分布(bu)
(3)被測液(yè)體是非(fēi)磁性的(de),電導率(lǜ)均勻且(qiě)各向同(tong)性
2.2測量(liàng)系統組(zǔ)成
　　基本(ben)系統由(yóu)傳感器(qi)(變送器(qi)、檢測器(qì))和轉換(huàn)器兩部(bù)分組🥵成(chéng)♋,僅完成(cheng)流量的(de)檢測,在(zai)基本系(xi)統後加(jiā)裝流量(liang)積算器(qì),可實現(xian)累積流(liu)量的功(gong)能,如若(ruò)接入計(jì)算機系(xì)統,則不(bú)僅可顯(xian)示瞬時(shí)流量、累(lei)積流量(liang)、日期、時(shí)間等功(gong)能,還具(ju)有開方(fāng)比例積(jī)算器和(he)定值輸(shu)出等🔴功(gōng)能,可完(wan)成打印(yin)、通訊和(he)🚶‍♀️聯網,實(shi)現自動(dòng)控制。
　　傳(chuán)感器有(yǒu)管道式(shì)、潛水式(shi)、插入式(shì)三種形(xíng)式。當采(cǎi)用帶💰壓(yā)開孔、帶(dài)壓安裝(zhuāng)技術後(hòu),可在不(bu)停車(停(tíng)水)的情(qíng)況下安(an)裝,也可(kě)😍在鑄鐵(tie)管🐇上安(ān)裝, 插入(rù)式電磁(ci)流量計(ji) 爲大口(kou)徑管道(dao)流體流(liu)量的測(cè)量提供(gòng)了一種(zhǒng)新的方(fang)🥵式❄️,并具(jù)有安裝(zhuang)優勢和(he)價格優(yōu)勢。
3電磁(ci)流量計(jì)誤差來(lái)源的初(chu)步分析(xī)
3.1非軸對(dui)稱流動(dòng)引起的(de)誤差
　　流(liu)體在管(guǎn)内流速(su)爲軸對(dui)稱分布(bu)時,流量(liang)計電極(jí)上所産(chan)生⛹🏻‍♀️的感(gǎn)應電動(dong)勢的大(dà)小與流(liú)體的流(liú)動狀态(tai)無關,與(yu)流體的(de)平均流(liú)速成正(zheng)比。每個(gè)流動質(zhì)點相對(dui)于電極(jí)幾何🏃‍♂️位(wei)置的🌈不(bu)同,對電(dian)極所産(chǎn)生的感(gan)應電動(dòng)勢e的貢(gong)獻也不(bú)🐆同,愈靠(kao)近電極(ji)的質🐇點(diǎn)、速度越(yuè)大的質(zhì)點,對e的(de)貢獻越(yuè)大,因此(ci)必須保(bao)證流體(ti)的流速(sù)爲軸對(dui)稱。
　　當管(guan)道未充(chong)滿流體(ti)或由于(yu)閥門、彎(wan)頭、三通(tōng)接頭的(de)影響,管(guǎn)🌐路🈲内流(liu)體将産(chǎn)生遊渦(wo)流,直接(jie)破壞流(liú)體流速(su)的軸對(dui)稱分布(bu)。根據理(li)論分析(xi),由于流(liu)速分布(bù)和渦流(liu)的影響(xiang),流量計(ji)上🧑🏽‍🤝‍🧑🏻遊直(zhí)管段應(ying)有一定(dìng)的長度(dù),按附加(jia)誤♻️差不(bú)影響流(liú)量計精(jing)⭕度(約0.5%)的(de)原則,其(qi)上遊直(zhí)管段長(zhǎng)度應爲(wèi)5D,下遊直(zhi)管段一(yi)般可取(qu)2D。
3.2電導率(lü)對測量(liang)誤差的(de)影響
　　電(dian)導率的(de)降低,将(jiang)增加檢(jiǎn)測器的(de)輸出阻(zu)抗,并且(qiě)因轉換(huàn)器輸入(ru)阻抗引(yǐn)起的負(fù)載效應(yīng)而産生(shēng)誤差,同(tóng)時,将增(zēng)加靜電(dian)感應的(de)噪聲,降(jiang)低流量(liang)計的信(xìn)噪比。電(dian)導率⛱️高(gao)于10-1s/cm時,也(yě)會降低(di)流量信(xìn)号,改變(bian)指示值(zhi)。
　　檢測器(qì)的輸出(chū)阻抗決(jué)定轉換(huan)器的輸(shu)入阻抗(kàng)的大小(xiǎo)。檢測💃器(qi)㊙️的輸出(chū)阻抗由(yóu)流體的(de)電導率(lü)和電極(ji)的大小(xiǎo)所支配(pei)。
　　當直徑(jing)爲dl(m)的圓(yuán)闆電極(jí)與電導(dao)率爲s(s/m)的(de)半無限(xiàn)展寬的(de)流🈲體接(jie)觸時,其(qi)展寬電(dian)阻爲1/2sdl（Ω）。因(yīn)此,如管(guǎn)道直徑(jing)D》dl.則檢測(cè)器的輸(shu)出阻抗(kang)爲兩個(gè)展寬電(dian)阻之和(he),即等于(yu)1/sdl。
　　取流體(ti)電導率(lü)的下限(xiàn)爲5~20μs/cm,電極(ji)直徑爲(wèi)0.5cm,則檢測(ce)器的輸(shu)出阻抗(kang)爲400~100kΩ,爲将(jiāng)輸出阻(zǔ)抗的影(yǐng)響控制(zhì)在0.1%以下(xià),轉🏃換器(qì)的輸入(rù)阻抗應(ying)是40OMΩ。
　　自來(lái)水、原水(shuǐ)的電導(dao)率約在(zài)15~500μs之間,大(da)于電磁(ci)流量計(ji)✊電㊙️導率(lǜ)要求5μs/cm的(de)最低值(zhí),能滿足(zú)水計量(liang)用表的(de)要求。
3.3信(xin)号傳輸(shū)電纜的(de)影響
　　檢(jian)測器與(yu)轉換器(qi)間的距(ju)離應盡(jin)量縮短(duǎn),使兩者(zhě)盡✂️可💚能(néng)靠近🆚,檢(jian)測器與(yǔ)轉換器(qi)之間的(de)距離由(yóu)信号分(fen)布電容(rong)和被測(cè)⚽液體的(de)電導率(lü)所決定(dìng)。電導率(lǜ)與電纜(lǎn)長度的(de)關系🌏見(jian)下圖。

　　實(shi)際使用(yong)中信号(hào)傳輸電(diàn)纜的電(dian)容影響(xiǎng):當檢測(ce)器與轉(zhuan)換器之(zhī)間的電(diàn)纜長度(du)超過30m時(shi),由電纜(lan)電容引(yin)起的負(fù)載💞效應(ying)就成爲(wei)一個問(wen)題,這時(shi)可使用(yong)雙芯雙(shuāng)層屏蔽(bi)電纜,用(yòng)低阻抗(kàng)的電壓(yā)源對内(nèi)側屏蔽(bi)層加以(yi)與芯線(xian)相同的(de)電壓,以(yi)形👄成屏(píng)蔽,使兩(liang)者之間(jian)無電流(liu)通過,從(cóng)而可避(bì)免🐇電纜(lan)的負載(zai)效應的(de)存在,信(xìn)号電纜(lǎn)的長度(dù)可延長(zhǎng)到3O0m左🏃‍♂️右(you)。
3.4電極表(biǎo)面污染(rǎn)的影響(xiang)
　　在測量(liang)有附着(zhe)沉澱物(wù)的流體(ti)時,電極(jí)表面将(jiāng)受到污(wū)😄染,常常(chang)引起零(ling)點漂移(yi),零點變(biàn)化和電(diàn)極污染(rǎn)程度兩(liang)者之間(jiān)的關系(xi)⛹🏻‍♀️複雜,但(dan)可以說(shuo),電極直(zhí)徑越小(xiǎo),所受影(ying)響也越(yuè)小,在使(shi)🌈用中,應(yīng)👄注意電(diàn)極的定(ding)期清洗(xi),現已有(yǒu)亂闆式(shì)電磁流(liú)量計,可(kě)有效地(di)解決這(zhè)一問題(tí)。
3.5勵磁方(fāng)式的影(ying)響
　　現電(dian)磁流量(liang)計大都(dōu)采用了(le)恒定電(dian)流的低(di)頻方波(bō)勵🏒磁方(fāng)式,用開(kai)關回路(lu)把直流(liu)恒流回(huí)路的輸(shu)出電流(liu)周期性(xing)地交換(huan)極🌏性,産(chan)生方波(bo)勵磁電(dian)流。勵磁(ci)電流的(de)極⭐性轉(zhuan)換周期(qī)選擇爲(wèi)工業交(jiao)流電周(zhōu)期的偶(ǒu)💔數倍,這(zhe)樣可消(xiao)除工業(ye)頻率的(de)噪聲,排(pái)除了交(jiao)流磁場(chang)的電渦(wo)流和直(zhí)流磁場(chǎng)的極化(hua)幹擾,使(shǐ)得精度(du)可❤️達到(dào)0.5%以上。
3.6安(an)裝的影(ying)響
　　配置(zhì)和配管(guǎn)的基本(běn)條件是(shì):檢測器(qì)内應充(chong)滿被測(ce)㊙️介質流(liu)體🚩,避免(mian)氣泡在(zài)電極上(shang)的附着(zhe),避免沉(chen)澱和👄襯(chèn)裏的局(jú)部磨損(sun)。
　　電極檢(jian)測出的(de)信号是(shi)以檢測(ce)器内液(ye)體電位(wèi)爲基準(zhun)的,僅有(you)數mV的微(wēi)小交流(liu)電勢。爲(wèi)了使液(ye)體電位(wèi)穩✊定并(bìng)使變🔞送(sòng)器⛱️與流(liú)體保持(chi)等電位(wei),以保證(zhèng)穩定地(di)進行測(cè)🚩量,檢測(ce)器、轉換(huàn)器和金(jīn)屬管兩(liǎng)段,均應(yīng)有良好(hao)的接地(dì)。良好的(de)接地可(kě)保證‼️流(liú)量計的(de)準确工(gōng)作🈲,排除(chú)其它不(bu)相關的(de)幹擾電(diàn)波。但應(yīng)注✨意要(yào)采用同(tóng)🛀🏻一點接(jie)地,并不(bú)得與其(qi)它電器(qi)設備共(gòng)用接地(dì)線。接地(di)電阻應(ying)小于10n,安(ān)裝時還(hái)應避開(kai)具有強(qiáng)磁場的(de)設備和(hé)環境溫(wēn)度過高(gāo)的地方(fāng)。
3.7液體流(liu)動狀态(tài)和平均(jun)流速的(de)影響
(1)層(ceng)流和紊(wěn)流
　　由流(liú)體力學(xué)中的雷(léi)諾實檢(jiǎn)可知,在(zài)平直圓(yuan)管中,流(liú)體流動(dòng)的類型(xíng)可分爲(wèi)層流(滞(zhi)流)與紊(wěn)流(湍流(liu))兩大類(lèi),用雷諾(nuò)數Re大🈲小(xiǎo)來加以(yi)🐉區别。當(dang)Re≤2000時,爲層(céng)流;Re≥4000時,爲(wei)紊🈲流;Re=2000~4000之(zhī)間時,可(ke)能♊是層(ceng)流🈚,也可(kě)能是紊(wen)流,一般(ban)稱爲過(guò)渡流。

流(liu)體處于(yu)紊流時(shí),在半徑(jing)方向上(shang)距管路(lu)中心軸(zhou)線⛷️rx處☀️的(de)最大流(liu)速Ux用下(xià)式計算(suàn):

(3)、（4）兩式中(zhōng)：
Ux—距管路(lu)中心軸(zhóu)線xr處的(de)最大流(liu)速(m八)
Umax—管(guan)路中心(xīn)軸線處(chù)的最大(dà)流速(m/s)
rx—管(guan)壁内側(cè)距管中(zhong)心軸線(xiàn)處X點的(de)距離(m)
R—管(guǎn)道的半(bàn)徑(m)
n—與雷(lei)諾數有(yǒu)關的尼(ni)庫拉茲(zi)(Nikuradse)系數。
　　層(ceng)流時,由(yóu)式3可知(zhi),流速變(biàn)化爲抛(pao)物線分(fen)布,在管(guǎn)路🏃🏻中心(xīn)軸線處(chù)達到最(zuì)大Umax,即使(shǐ)Re值發生(sheng)變化,流(liú)速分布(bu)狀态也(ye)不改變(biàn),(見圖a)。紊(wen)流🌂時,由(you)式4可知(zhī),其流速(sù)分布在(zài)管路内(nei)壁的近(jin)旁比層(céng)流時的(de)流速♌大(dà),流速分(fen)布形狀(zhuàng)随雷諾(nuò)數變化(hua)而發生(shēng)改變,見(jian)(圖b)。

①流體常(chang)用流速(su)範圍與(yu)雷諾數(shu)關系見(jian)表1。
以水(shuǐ)爲例:取(qu)p=1000kg/m3
Μ=101×10-5N×S/ m3
②平均速(sù)度點
根(gen)據尼庫(kù)拉茲(Nikuardse)算(suàn)式,當流(liu)體處于(yú)湍流狀(zhuang)态時:

上(shang)表中:管(guan)道中流(liu)體處于(yú)紊流狀(zhuàng)态


雷諾(nuo)數與尼(ni)庫拉茲(zi)系數的(de)關系見(jiàn)表2。

當n=7.0時(shi)rx=0.24228R即r=0.12lD
n=9.9時xr=0.23682R即(ji)r=0.118n
D爲管道(dào)内徑,則(zé)xr≈0.12D
結論:當(dāng)管道中(zhōng)心處的(de)流體處(chu)于紊流(liu)狀态時(shi),在離管(guan)内壁☀️0.12D處(chù)的速度(dù)可表示(shì)爲平均(jun1)速度,在(zài)2.56×10-4≤Re≤3.07×106時,誤差(cha)小于1.14%(即(jí)😍同一儀(yí)表🈲在量(liàng)程比可(ke)高達1:100時(shi))。同時也(yě)得出了(le)⭐儀表電(diàn)✊極的插(chā)入深度(dù)💯。由(5)可以(yi)💘很方便(biàn)的得出(chū)插入深(shen)度對測(cè)量所造(zao)成的誤(wù)差。
4經濟(ji)效益
　　電(dian)磁流量(liang)計的采(cai)用,對水(shui)資源管(guan)理起到(dào)了較大(dà)的作用(yòng),取得了(le)明顯的(de)經濟效(xiao)益。可以(yǐ)相信,随(sui)着科學(xué)技術的(de)不斷進(jìn)步,電磁(cí)流量計(jì)生産水(shuǐ)平的不(bu)斷提🐕高(gao),性能的(de)不斷完(wan)善,其應(ying)用範⭕圍(wei)必将更(geng)爲廣泛(fàn)。

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