提要(yào)：爲解決大(da)口徑管道(dào)工業用水(shuǐ)計量間題(ti),在使用認(rèn)證✔️和科學(xué)鑒定荃礎(chǔ)上.選定電(diàn)磁流量計(jì) 作爲計量(liàng)表計。本文(wén)介紹電磁(cí)流橄計的(de)工作原理(lǐ)和安裝使(shi)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(guan)道環路供(gong)水,水質較(jiào)好,電導率(lǜ)較低⛷️,但水(shuǐ)中含有漂(piāo)浮物及水(shui)生物,如塑(sù)料袋、水草(cao)、小魚☔、菜葉(yè)🙇‍♀️等。如👌何解(jiě)決大口徑(jìng)管道工業(yè)用水的計(jì)量問題,是(shì)一個長期(qi)困擾公司(sī)計控人員(yuán)的一大難(nan)題,經過慎(shèn)重的探讨(tǎo)和論證,認(rèn)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(you)此,先後在(zài)不同的大(dà)口徑工業(yè)用水管路(lù)上安裝了(le) 超聲波流(liú)量計 、 渦街(jiē)流量計 、電(dian)磁流量計(jì)等儀表,以(yǐ)期實現這(zhe)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(fú)物、水生物(wù)和所用鑄(zhù)鐵管的影(ying)響,超聲流(liú)量計、渦街(jie)流量計不(bú)适用。如氟(fú)化廠管道(dao)上安裝的(de)超聲波流(liu)量計,由于(yú)外界因素(su)和流體中(zhōng)漂浮物的(de)幹擾,一直(zhí)無🔴法正常(chang)運行;錦綸(lún)廠管道上(shang)安裝的渦(wo)街流量計(ji),由于流體(tǐ)中的水草(cao)、塑料袋等(děng)的影響,使(shǐ)旋渦發生(sheng)體的下方(fang)形不成渦(wō)街,緻使流(liu)量計無法(fǎ)工作。而在(zai)制藥廠、合(he)成氨廠尿(niao)素車間工(gōng)業用水管(guan)道上安裝(zhuang)的電磁流(liu)量計,獲得(dé)了滿意的(de)測量效果(guo)。由此認爲(wèi)電磁流量(liang)計是目前(qián)解決我公(gōng)司🔅大口徑(jing)管道工業(ye)用水計量(liàng)間題較爲(wei)理想的表(biao)計。
2電磁流(liú)量計
　　電磁(cí)流量計是(shi)應用法拉(lā)第電磁感(gǎn)應原理制(zhi)成的測量(liang)💔導電介🈲質(zhi)體積流量(liàng)的新型感(gan)應式流量(liang)測量☀️儀表(biao)。它具有壓(yā)力損失小(xiao),儀表線性(xing)度較好,不(bú)受被測液(yè)體的溫度(du)、壓力、粘度(dù)等影響,可(ke)測量含雜(zá)質液體,量(liang)程寬,對同(tong)一台儀表(biao)來說,其量(liàng)程比🈲可達(dá)1:100,口徑大,反(fǎn)應靈敏⛷️,耐(nai)腐蝕,壽命(mìng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼長等顯著(zhe)特💛點。
它的(de)不足之處(chù)是:
(1)隻能測(ce)量具有一(yī)定導電性(xìng)的液體,要(yào)求被測介(jie)質的電導(dao)率在10一1一(yi)10“5材cm之間,相(xiang)當于蒸餾(liu)水的電導(dǎo)率。
(2)不能測(cè)量高溫高(gao)壓流體(測(cè)量管的絕(jué)緣襯裏材(cai)料受溫度(dù)的限制造(zao)成)。
(3)受流速(su)分布影響(xiang),在流速軸(zhou)對稱分布(bù)的情況下(xia),流量信号(hào)與平均流(liu)速成正比(bi),如破壞了(le)流速的軸(zhóu)對稱分布(bù),将産生誤(wù)差⛱️,因此需(xu)在其前後(hou)有一定長(zhǎng)度🏃🏻‍♂️的直管(guǎn)段。
(4)易受外(wai)界電磁幹(gàn)擾。
2.1基本原(yuan)理
　　在磁感(gǎn)應強度爲(wei)B的均勻磁(cí)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(dào),當導電液(yè)體在管道(dao)内以速⭐度(dù)V流動時,液(yè)體切割磁(ci)力線,若在(zài)管道截面(mian)上垂直于(yu)磁場的直(zhi)徑兩端安(an)裝一對電(dian)極,隻要管(guan)道内流體(tǐ)流速分布(bu)爲軸對稱(cheng),則🛀🏻兩電極(jí)之😘間産生(sheng)感應電動(dòng)勢e,根據法(fǎ)拉第電磁(cí)感應原理(li):
E=BD`U·······················(1)
則體積流(liú)量爲·······················(2)
兩式(shì)中:e一感應(ying)電動勢(V)
B—磁(ci)感應強度(du)(wb/m2)
D一管道内(nei)徑(m)
`U 一流體(ti)平均流速(su)(m/s)
Qv—流體體積(jī)流量(m3/h)
要使(shǐ)式(2)嚴格成(chéng)立,必須使(shǐ)測量條件(jiàn)滿足于:
(l)磁(ci)場是均勻(yun)分布的恒(heng)定磁場
(2)被(bèi)測流體的(de)流速爲軸(zhou)對稱分布(bù)
(3)被測液體(tǐ)是非磁性(xìng)的,電導率(lǜ)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(gan)器(變送器(qì)、檢測器)和(he)轉換器兩(liang)部🎯分組成(cheng),僅完成流(liú)量的檢測(ce),在基本系(xi)統後加裝(zhuang)流量積算(suàn)器,可實現(xian)累積流量(liang)的功能,如(ru)若接入計(jì)算機系統(tong),則不僅可(kě)顯示瞬時(shi)流量、累積(ji)流量、日期(qī)、時間等功(gōng)能,還具有(yǒu)開方比例(li)積算器和(hé)定值輸出(chu)等功能,可(kě)完成打印(yìn)、通訊和聯(lian)網,實現自(zi)動控制。
　　傳(chuan)感器有管(guǎn)道式、潛水(shuǐ)式、插入式(shì)三種形式(shi)。當采用帶(dài)壓開孔、帶(dai)壓安裝技(jì)術後,可在(zài)不停車(停(ting)水)的情況(kuang)下安裝,也(yě)可在鑄鐵(tie)管上安裝(zhuāng), 插入式電(dian)磁流量計(ji) 爲大口徑(jing)管道流體(ti)流量的測(ce)量提供了(le)一種新的(de)方式,并具(jù)有安裝優(yōu)勢和價格(gé)優勢。
3電磁(cí)流量計誤(wù)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(yu)流體的流(liu)動狀态無(wu)關,與流體(ti)的平均流(liu)速成正比(bi)。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(diàn)動勢e的貢(gòng)獻也不同(tong),愈靠近電(diàn)極的質點(dian)、速度越大(da)的質點,對(dui)e的貢獻越(yuè)大,因此必(bì)須保證流(liú)體的流速(su)爲軸對稱(chēng)。
　　當管道未(wei)充滿流體(ti)或由于閥(fa)門、彎頭、三(san)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(liu)速的軸對(duì)稱分💃🏻布。根(gen)據理論分(fèn)析,由于流(liu)速分布和(hé)☀️渦流的影(ying)響,流量計(jì)上遊直管(guan)段應有一(yi)定的長度(dù),按附加誤(wù)🤟差不影響(xiang)流量計精(jīng)度(約0.5%)的原(yuan)則,其上遊(you)直管段長(zhǎng)度應爲5D,下(xia)遊直管段(duàn)一般可🧑🏾‍🤝‍🧑🏼取(qǔ)2D。
3.2電導率對(duì)測量誤差(cha)的影響
　　電(diàn)導率的降(jiàng)低,将增加(jiā)檢測器的(de)輸出阻抗(kang),并且因轉(zhuan)換器🚩輸入(ru)阻抗引起(qi)的負載效(xiao)應而産生(shēng)誤差,同時(shi),将增加靜(jìng)電🛀感應的(de)噪聲,降低(dī)流量計的(de)信噪比⛷️。電(dian)導率高于(yú)10-1s/cm時🌏,也會降(jiàng)低流量信(xìn)号,改變指(zhi)示值。
　　檢測(cè)器的輸出(chū)阻抗決定(ding)轉換器的(de)輸入阻抗(kang)的大小。檢(jiǎn)🏃🏻測器㊙️的輸(shū)出阻抗由(you)流體的電(diàn)導率和電(dian)極的大小(xiǎo)🈚所支配。
　　當(dang)直徑爲dl(m)的(de)圓闆電極(jí)與電導率(lǜ)爲s(s/m)的半無(wú)限展寬💃的(de)流體接觸(chù)時,其展寬(kuān)電阻爲1/2sdl（Ω）。因(yīn)此,如管道(dao)直徑D》dl.則❄️檢(jiǎn)測器的🔆輸(shū)出阻抗爲(wei)兩個展寬(kuān)電阻之和(hé),即等于1/sdl。
　　取(qu)流體電導(dǎo)率的下限(xian)爲5~20μs/cm,電極直(zhí)徑爲0.5cm,則檢(jian)測器的🐉輸(shu)出阻抗🤞爲(wei)🌐400~100kΩ,爲将輸出(chū)阻抗的影(yǐng)響控制在(zài)0.1%以下,轉換(huàn)器的輸❌入(ru)阻抗應是(shi)40OMΩ。
　　自來水、原(yuan)水的電導(dǎo)率約在15~500μs之(zhī)間,大于電(diàn)磁流量計(ji)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻電導率要(yao)求5μs/cm的最低(dī)值,能滿足(zú)水計量用(yòng)表的要求(qiu)。
3.3信号傳輸(shū)電纜的影(yǐng)響
　　檢測器(qì)與轉換器(qi)間的距離(li)應盡量縮(suō)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(ye)體的電導(dǎo)率所決定(ding)。電導率與(yu)電纜長度(du)的關系📱見(jian)下圖。

　　實際(ji)使用中信(xin)号傳輸電(dian)纜的電容(rong)影響:當檢(jian)測器與👌轉(zhuan)換器之間(jian)的電纜長(zhǎng)度超過30m時(shí),由電纜電(diàn)容引起的(de)負載效應(yīng)㊙️就成🔞爲一(yī)💛個問題,這(zhè)時可使用(yòng)雙芯雙層(céng)屏蔽電纜(lan)🐅,用低阻抗(kàng)的電👅壓源(yuan)對内側屏(píng)蔽層加以(yǐ)與芯❤️線相(xiàng)同的電壓(ya),以形成屏(píng)蔽,使兩者(zhě)之間🌈無電(dian)流通過,從(cóng)而可避免(miǎn)電纜的負(fù)載效應的(de)存在,信号(hào)電纜的長(zhǎng)度可延長(zhang)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(tǐ)時,電極表(biao)面将受到(dào)🏃🏻污染,常🛀🏻常(chang)引起零點(dian)漂移,零點(diǎn)變化和電(diàn)極污染程(cheng)度兩💋者之(zhi)🔴間的關系(xì)💋複雜,但可(ke)以說,電極(jí)直徑越小(xiao),所受影響(xiang)也越♻️小,在(zài)使用中,應(ying)注意電極(jí)的定期清(qīng)洗,現已有(yǒu)🌂亂闆式電(diàn)☎️磁流量計(jì),可有效地(dì)解決這一(yī)問題。
3.5勵磁(ci)方式的影(ying)響
　　現電磁(ci)流量計大(dà)都采用了(le)恒定電流(liú)的低頻方(fāng)波勵磁方(fang)式,用開關(guān)回路把直(zhí)流恒流回(huí)路的輸出(chu)電流周期(qi)性地交換(huàn)極性,産生(shēng)方波勵磁(cí)電流。勵磁(ci)電流的極(ji)🏃🏻性轉換周(zhōu)期選擇爲(wei)工🔞業交流(liu)電周期的(de)偶數倍,這(zhè)樣可消除(chu)工業頻率(lü)的噪聲,排(pai)除了交流(liú)磁🐉場的電(diàn)渦流❗和直(zhí)流磁場的(de)極化幹擾(rǎo),使得精度(du)可🥵達到0.5%以(yǐ)上。
3.6安裝的(de)影響
　　配置(zhì)和配管的(de)基本條件(jiàn)是:檢測器(qì)内應充滿(man)被測介質(zhì)流體,避免(miǎn)氣泡在電(dian)極上的附(fu)着,避免沉(chen)澱和襯裏(lǐ)的局部磨(mó)損。
　　電極檢(jian)測出的信(xin)号是以檢(jian)測器内液(yè)體電位爲(wei)基準的,僅(jin)有數mV的微(wei)小交流電(diàn)勢。爲了使(shǐ)液體電位(wei)穩⛹🏻‍♀️定并使(shǐ)變送器與(yǔ)流體保持(chi)等電位,以(yǐ)保證穩定(ding)地進行測(ce)量,檢測器(qì)、轉換器和(hé)金🛀🏻屬管兩(liǎng)🐕段,均應有(you)良好的接(jiē)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(guan)的幹擾🤞電(dian)波。但應注(zhu)意要采用(yong)同🈲一點接(jiē)地,并不得(dé)與其它電(diàn)器設備共(gong)用接地線(xian)。接地電阻(zu)應小于10n,安(ān)裝時還應(yīng)避開具有(you)強磁場的(de)設備和環(huan)境溫度過(guo)高的地方(fang)。
3.7液體流動(dong)狀态和平(ping)均流速的(de)影響
(1)層流(liú)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(wèi)層流(滞流(liú))與紊流(湍(tuān)流)兩大類(lei),用雷諾數(shu)Re大小來🈚加(jiā)以區别。當(dāng)Re≤2000時,爲層流(liú);Re≥4000時,爲紊流(liu);Re=2000~4000之間時,可(ke)能是層流(liu),也可能是(shì)紊流,一般(ban)稱爲過渡(dù)流。

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

(3)、（4）兩式中：
Ux—距(jù)管路中心(xīn)軸線xr處的(de)最大流速(su)(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(zhōng)心軸線處(chu)X點的距離(li)(m)
R—管道的半(ban)徑(m)
n—與雷諾(nuò)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(xīn)軸線處達(da)到最大Umax,即(jí)使Re值發生(sheng)變化,流速(su)分布狀态(tài)也不改變(bian),(見圖🈲a)。紊流(liú)☂️時,由式4可(kě)知,其流速(su)分布在管(guǎn)路内壁的(de)💛近旁比層(céng)流時的流(liu)速🔴大,流速(sù)分布形狀(zhuàng)随雷諾數(shu)變化❤️而發(fā)生改變,見(jian)(圖b)。

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

上表中(zhōng):管道中流(liu)體處于紊(wěn)流狀态


雷(lei)諾數與尼(ni)庫拉茲系(xì)數的關系(xi)見表2。

當n=7.0時(shí)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(ti)處于紊流(liú)狀态時,在(zài)離🐉管内壁(bi)⚽0.12D處的速度(du)可表示爲(wei)平均速度(dù),在2.56×10-4≤Re≤3.07×106時,誤差(chà)小于1.14%(即同(tóng)一儀表♻️在(zài)量程比可(kě)高達1:100時)。同(tong)時也得出(chū)了儀表電(diàn)極的插入(rù)深度。由(5)可(kě)以很方便(bian)的得出插(chā)入深度對(duì)測量所造(zao)成的誤差(cha)。
4經濟效益(yì)
　　電磁流量(liang)計的采用(yong),對水資源(yuán)管理起到(dào)了較大的(de)作用,取得(dé)了✏️明顯的(de)經濟效益(yi)。可以相信(xìn),随着科學(xué)技術的不(bu)斷進步,電(diàn)磁流量計(jì)生産水平(ping)的不斷提(ti)高,性能的(de)不斷完善(shàn),其應用範(fan)圍必将更(geng)爲廣泛。

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