摘要(yào):環境保護是我(wǒ)國的基本國策(ce)之一,工業污水(shui)⁉️的💃🏻計量越來越(yuè)引起重視。介紹(shao)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(man)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(xi)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(jing)濟持續發展的(de)基本國策,在國(guo)♊家環境保護政(zheng)策推動下,企業(ye)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(yan)格控制其排放(fàng)量,爲此要🧑🏽‍🤝‍🧑🏻求安(ān)裝流量計來計(ji)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(dà),非滿管并且具(jù)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(ji),不僅精度較低(di),而且帶來較大(dà)的水流損失,同(tong)🥵時對上遊渠道(dào)的坡度及下遊(yóu)🎯水深也均有一(yī)定的要求,當不(bú)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(shui),則需要建造額(é)外的閘闆和堰(yàn)🈚闆以保⭕證滿管(guǎn),這些附加的安(ān)裝費用經常會(hui)超出流量計本(běn)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(dian)🌈磁和超聲波技(ji)🚩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(fā)展起🐆來的新🌈型(xíng)流量儀表,由于(yu)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(qian)使用的🌈各類流(liu)量計中,其銷量(liàng)僅次于 孔闆流(liu)量計 ,位居第2位(wei)。
　　電磁流量計是(shì)根據法拉第電(diàn)磁感應定律制(zhì)成的,其測量原(yuán)理如下:當導電(diàn)的被測介質垂(chuí)直于磁力💋線方(fang)向流動時,在與(yǔ)🎯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(ti)垂直切割磁力(lì)線的長度;v爲被(bei)測介質在♉磁場(chang)中運動的速度(dù)。
由感應電勢可(ke)以計算出流體(ti)流速,将流體流(liu)速管道🌈截面積(jī)相乘,即可得出(chu)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(guǎn)中液體未被充(chong)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(jì)所顯示的是實(shí)際液體的✂️體積(jī)流量加上空氣(qì)所占據的🔴那部(bu)分體積之和,造(zao)成流量誤差。2)當(dang)測量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻管内的液(yè)體低于電極水(shui)💚平面時,輸出就(jiù)不穩定或波動(dong),流量計不能測(ce)出電動勢💞,根本(ben)無法計量。
　　非滿(mǎn)管電磁流量計(ji)是專爲非滿管(guǎn)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(bu)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(zhě)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(zhuang)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(jìng)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(diàn)磁感應定律測(cè)量流速V(見圖1)。

　　因傳感器具備(bei)測量儀表内液(ye)位的功能,它的(de)電極✉️、磁路和🥰測(ce)💃🏻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(liàng)系統的電磁流(liu)量計,它測量流(liú)速的一對電極(ji)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(ye)位不低于0.1D時都(dōu)可測🌈出流速,而(er)且又👣避免了測(ce)量管中沉澱物(wù)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(cè)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(jiang)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(yu)流體的高度H成(cheng)一定的比例關(guan)系,通過測量兩(liǎng)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(hòu),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(du)。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(lai)修正不同液體(tǐ)的不同電導率(lǜ)引起的偏㊙️移量(liang)。當管内液體流(liú)速大于1m/s時,其測(cè)量準确率一般(ban)可達±1%FS。一般地,測(ce)量精度與✊介質(zhi)流動性和介質(zhi)的其🧡他性㊙️質如(rú)壓力、溫度、黏度(du)、密度、一緻性、電(dian)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(hang)流量的計算、顯(xian)示、累積等操作(zuo),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(zhuan)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(dàn)現場受🈲安裝🌐環(huán)境、位置的限制(zhi)要考慮電纜的(de)長度問題,它受(shou)以下3方面的限(xian)制:介質的電導(dǎo)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(hu)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(zuò)壓力:10bar
3　安裝與維(wei)護
　　非滿管電磁(ci)流量計的安裝(zhuang)與普通型電磁(cí)流量計的安裝(zhuāng)要求🔴基本相同(tong)。
(1)安裝地點和位(wèi)置按需要确定(dìng),但電極軸必須(xū)水平。
(2)電磁流量(liàng)計必須有良好(hao)的接地,以減少(shao)幹擾信号引入(rù)。接地有兩方面(miàn)的要求,一是傳(chuán)感器與轉換器(qì)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(huàn)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(di)鋼管内,不能把(ba)信号電纜和電(dian)源電纜安放在(zai)同一鋼管中。
(4)當(dāng)流量計安裝在(zai)地下時,需要設(she)置儀表井。
(5)介質(zhì)流動不穩定對(dui)測量值并無影(ying)響,所以安裝流(liú)量計時對前後(hòu)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(hěn)小,但是在運行(háng)一段時間以後(hou),污水常會在傳(chuán)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(lǜ)與流體電導率(lǜ)不一緻時,會導(dao)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(yè)污水的測量,在(zai) 流量計 選型時(shí)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(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(xīn)型流量儀表,具(jù)有無可替代的(de)優勢。
從外觀上(shàng)看,非滿管電磁(ci)流量計與普通(tong)電磁流量計并(bing)沒🆚有什💜麽不同(tong),同樣具有不受(shou)流體參數影響(xiang)、無可動部件、無(wu)✨阻流件、壓🔅損極(jí)小、無測量滞後(hòu)現象😄、線性輸💚出(chu)和範圍度寬等(děng)優點。
　　非滿管電(dian)磁流量計的測(ce)量通道是段光(guang)滑直管,不🔱會有(you)阻塞✔️現象,因此(cǐ)特别适用于測(cè)量含固體顆粒(li)的液固二相流(liu)體,如🈚紙漿、泥漿(jiāng)、污水等。安裝非(fei)滿管電磁流量(liàng)計,其上遊不會(hui)擡高水位,因此(ci)也不會帶來水(shuǐ)頭損失。
　　非滿管(guan)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(liàng)管的Irathane襯裏耐磨(mó)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(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(yan)發的突破。
　　在非(fēi)滿管測量中,測(cè)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(dian)極的水平面上(shang)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(zhè)個問題,這就保(bao)證了流量計在(zài)介質流動不穩(wen)定或♻️流量分布(bù)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(man)管🛀🏻流量計🙇🏻在污(wu)水測量中的應(yīng)用前景十分廣(guǎng)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(jué)的問題:
(1)非滿管(guan)電磁流量計目(mu)前隻能用于圓(yuán)形管的流量🏃🏻‍♂️測(cè)量。
(2)污水治理單(dan)位收取的污水(shui)處理費常數倍(bei)甚至十餘倍潔(jié)⭐淨生活和工業(ye)用水的價格,非(fei)滿管電磁流量(liàng)計🥵測量精度雖(sui)然與傳統槽式(shì)流量計相比大(da)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(gao)。
(3)由于國内尚無(wu)非滿管電磁流(liu)量計生産,國外(wai)廠商及其代理(lǐ)要價甚高,爲傳(chuan)統儀表的2～3倍以(yi)上,這給非㊙️滿管(guǎn)電磁流量計的(de)普及帶來了一(yī)定的難度。

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