摘要:環(huan)境保護是我國的(de)基本國策之一,工(gong)業污水的計量越(yue)來越引起重視。介(jie)紹了一種專爲非(fēi)滿管狀态♋下的流(liú)量☔測量而設計的(de)流量計,簡單介紹(shào)了非滿管電磁流(liú)量計 的測量原理(lǐ),着重描述了其獨(du)特的電容液位測(ce)量🔴系統,分析了非(fei)滿管電磁流量計(ji)在污水測量應用(yòng)中的特點✊及優勢(shì)。
0　引言
　　環境保護已(yǐ)經成爲我國經濟(ji)持續發展的基本(ben)國策,在國家環境(jing)保護政策推動下(xia),企業對環保工作(zuo)越來越予以重視(shì),生産過程中産生(shēng)的污水要嚴格控(kong)制其排放量,爲此(cǐ)要求安裝流量計(ji)來計量污水排放(fàng)量。
　　工業排水的流(liu)體流動都是自然(rán)流動,流量大,非滿(man)管并且具有🔞自由(you)水面,正确地進行(háng)測量有一定的難(nan)度。以前多采用傳(chuán)統槽式流量計,不(bú)僅精度較低,而且(qiě)帶來較大的水流(liu)損失,同時對上遊(yóu)渠道的坡♊度及下(xia)遊水深也均有一(yī)定的🔞要求,當不♻️能(néng)滿足條件時測量(liàng)精🏃‍♀️度會降低,有時(shí)甚至無法㊙️進行測(ce)量。如果用電磁流(liú)💘量計來測量污水(shuǐ),則需要建造額外(wai)的閘闆和堰闆以(yi)保證滿管,這些附(fù)加的安裝費用經(jing)常會超出流量計(jì)本㊙️身的費用,大口(kou)徑管道時更是如(rú)此,而且還增加了(le)管道堵塞的可能(neng)性。随着測量技術(shu)的不斷發展👈,目前(qian)電磁和超聲波技(ji)術都能對非滿管(guan)流體流量進行測(cè)量。
1　測量原理
　　 電磁(ci)流量計 是20世紀50～60年(nián)代随着電子技術(shu)的發展而迅速發(fā)展起來的新型流(liú)♍量儀表,由于其獨(du)特的優點,廣泛應(yīng)用💔于工業過程中(zhong)👈各種導電🤟液體的(de)流量測量,在目前(qián)使用的🚩各類流量(liang)計中⭕,其銷量僅次(cì)于 孔闆流量計 ,位(wei)居第2位。
　　電磁流量(liàng)計是根據法拉第(dì)電磁感應定律制(zhi)成的,其測量原理(li)如下:當導電的被(bei)測介質垂直于磁(cí)力線方向流動時(shi),在與介質流動和(he)磁力線都垂直的(de)方向上産生一個(ge)感應電勢Ex,它與被(bèi)測介質在磁場中(zhong)運動的速度成正(zhèng)比,其關系式爲
Ex=KBDv
式(shi)中:K爲儀表常數;B爲(wei)磁感應強度;D爲電(dian)極距離,即導管🔴直(zhi)徑,爲導體垂直切(qie)割磁力線的長度(dù);v爲被測介質在🐕磁(cí)場中運🏒動的🤩速度(du)。
由感應電勢可以(yǐ)計算出流體流速(sù),将流體流速管道(dào)截面積相❄️乘,即可(kě)得出體積流量Q。
　　普(pǔ)通的電磁流量計(jì)一直用于滿管測(cè)量[1],當測量管🧑🏽‍🤝‍🧑🏻中液(yè)體未被😄充滿時,普(pu)通的電磁流量計(jì)會出現兩種情💁況(kuang):1)當測量管内的液(ye)體超過電極水平(ping)面時,流🌈量計所顯(xiǎn)示的是實際❤️液體(ti)的體積流量加上(shang)空氣🐅所占據的那(nà)部分體☂️積之和,造(zào)成流量誤😄差。2)當測(cè)量📧管内的液體低(di)于電極水平面時(shi),輸出㊙️就不穩定或(huò)🏃‍♂️波動,流量計不能(néng)測出電動勢,根本(ben)無法計量。
　　非滿管(guǎn)電磁流量計是專(zhuan)爲非滿管狀态下(xià)的流量✔️測🏃🏻量而設(shè)計的,它與普通電(diàn)磁流量計的不同(tong)之處在于它不💋僅(jin)測量流體的流速(su),還測量流體在測(ce)量⭕管中的🔞高度而(er)求得流🐇通面積A,兩(liang)者相💔乘獲得流量(liàng)。
　　非滿管電磁流量(liang)計由兩部分組成(chéng),一是安裝在管道(dào)上的流✉️量傳感器(qi),二是微處理器控(kòng)制的信号轉🧡換器(qì)🐪。
　　流量傳感器是直(zhí)接安裝在管道上(shàng)的同口徑圓形暗(an)渠,測量流速的原(yuan)理與傳統電磁流(liú)量計的基本相同(tóng),仍以♊法拉弟電磁(cí)感應定律測量流(liu)速V(見圖1)。

　　因傳感器具(jù)備測量儀表内液(ye)位的功能,它的電(dian)極、磁路和測量電(dian)路則與普通電磁(ci)流量計有較大差(chà)别。
　　電容式液位測(cè)量系統的電磁流(liu)量計,它測量流速(su)的🈲一對電👣極🤞不是(shì)安裝在測量管的(de)中心線處,而是安(ān)裝在離測量👅管底(dǐ)👄部0.1D高☂️度,這樣當液(ye)位不低于0.1D時都可(ke)測出流速🏃‍♂️,而且又(you)避免了測量管㊙️中(zhōng)沉澱物給測量帶(dai)來的影響。

　　電容液位測量(liang)系統[2]如圖2所示,在(zai)測量管的襯裏背(bei)面安裝有一塊檢(jiǎn)測極和4塊發射極(ji),被襯裏層完全覆(fù)蓋✉️,與管内液體充(chōng)💜分絕✌️緣。将高頻電(dian)壓引入發射極,然(rán)後測出檢測極中(zhōng)的感應電流。電極(ji)之間的電容C與流(liu)體❗的高度H成一定(ding)的比例關系,通🤟過(guo)測量兩🔴塊金屬電(dian)極之間的電容便(biàn)可得知液🙇🏻位高度(dù)。當測量管内液位(wei)高✏️度确定後,便可(ke)計算出非滿管㊙️流(liu)量。之所以将發射(shè)極分爲數片,是爲(wèi)了提高測量精度(du)。測量管底部的發(fā)射極始終處在液(ye)面之下,可以作⭐爲(wèi)基準來修正不同(tóng)液體的不同電導(dao)率引起的偏移量(liàng)。當管内液體流速(su)大于1m/s時,其測量準(zhun)确率一般可達±1%FS。一(yī)般地,測量精度與(yǔ)介質流動性和介(jiè)質的其他性質如(ru)壓力、溫度、黏度、密(mì)度、一🌐緻性、電導率(lǜ)和電極的污染等(deng)無關。
　　與傳感器配(pei)套的帶有微處理(li)器的信号轉換器(qi),流速信号和液位(wei)信号引入轉換器(qì),可以進行流量的(de)計算、顯示、累積等(deng)操作,同時可以輸(shū)出電流信号或脈(mò)沖信号,接口可選(xuǎn)爲HART,SMART或RS485。
　　信号轉換器(qi)與傳感器之間以(yǐ)專用電纜連接,電(diàn)纜的長💘度從減少(shǎo)幹擾的可能性來(lai)說越短越好。但現(xiàn)💃場受安裝環境、位(wèi)置的限制要考慮(lü)電纜的長度問題(tí),它受以下3方😄面的(de)限制:介質的電導(dao)率、勵磁電纜的截(jié)面積、信号電纜的(de)型号。
2　技術指标
量(liang)程:35l/h～12000m3/h
精度:1%～2%FS
口徑範圍(wei):200～600mm
防護等級:IP67,相當于(yú)NEMA6
流速範圍:1～10m/s
電導率(lǜ):≥5μs/cm
工作溫度:-5～+60℃
工作壓(ya)力:10bar
3　安裝與維護
　　非(fēi)滿管電磁流量計(ji)的安裝與普通型(xíng)電磁流量計的安(ān)裝要求基本相同(tong)。
(1)安裝地點和位置(zhi)按需要确定,但電(dian)極軸必須水平。
(2)電(dian)磁流量計必須有(yǒu)良好的接地,以減(jiǎn)少幹擾信号引入(rù)。接地🧡有兩方面的(de)要求,一是傳感器(qi)與轉換器💃的接地(dì)線必須與被測介(jie)質導通,二是要以(yi)大地爲零電位。
(3)爲(wei)避免幹擾信号,傳(chuán)感器與轉換器之(zhī)間的信号線必🈚須(xu)采用專用屏蔽導(dao)線,并單獨穿在接(jiē)地鋼管内,不能把(bǎ)信号電👨‍❤️‍👨纜和電源(yuán)電纜安放在同一(yī)鋼管中。
(4)當流量計(ji)安裝在地下時,需(xū)要設置儀表井。
(5)介(jie)質流動不穩定對(duì)測量值并無影響(xiǎng),所以安裝流🤞量🙇‍♀️計(jì)時對前後直管段(duàn)并無特别要求。
　　非(fei)滿管電磁流量計(jì)的維護工作量很(hěn)小,但是在運行一(yi)段時☀️間以後,污水(shui)常會在傳感器内(nèi)壁積聚附💁着層‼️,應(ying)及時予以清除,否(fou)則附着層電導率(lü)與流體電導率🧑🏾‍🤝‍🧑🏼不(bú)一緻⛹🏻‍♀️時,會導緻電(dian)極回路斷路或短(duan)路,儀表不能正常(cháng)工作。因此對于工(gōng)業污水的測量,在(zài) 流量計 選型時最(zui)好能保證流體流(liú)速在3～4m/s以上,這樣可(kě)以在一🏃‍♂️定程度上(shang)起到自清掃管道(dào)、防止附着層沉積(jī)的💃作用。
4　應用
　　非滿(man)管電磁流量計作(zuò)爲一種新型流量(liang)儀表,具有無✉️可替(ti)代的優勢。
從外觀(guan)上看,非滿管電磁(ci)流量計與普通電(diàn)磁流量計🔴并沒🔅有(yǒu)💰什麽不同,同樣具(ju)有不受流體參數(shù)影響、無可動部件(jiàn)、無阻流🛀🏻件、壓損極(ji)小、無測量滞後現(xian)象、線性輸出和範(fan)圍度寬等優點。
　　非(fei)滿管電磁流量計(jì)的測量通道是段(duan)光滑直管,不會有(yǒu)🆚阻🈚塞🏒現㊙️象,因此特(te)别适用于測量含(hán)固體顆粒的液固(gu)二相流💞體,如紙漿(jiāng)、泥漿、污水等。安裝(zhuāng)非滿管電磁流量(liang)計,其上遊不會擡(tai)高水位,因💋此也不(bu)會帶來水頭損♌失(shī)。
　　非滿管流量計的(de)部件隻有一對電(diàn)極,不存在停工❤️檢(jian)修的問題,流量管(guan)的Irathane襯裏耐磨損,抗(kang)腐蝕性能好。
　　非滿(man)管電磁流量計可(kě)測的管道内液位(wei)爲截面的10%～100%,其在非(fēi)滿管和滿管流量(liàng)的情況下均能保(bao)持良好的測量精(jīng)度,這是電磁流量(liang)計研發的突破。
　　在(zai)非滿管測量中,測(ce)量管内液位通常(cháng)會出現波動,這些(xiē)波📞動,特别是當其(qí)處在電極的水平(ping)面上時,能導緻㊙️傳(chuán)感器輸出信号的(de)波動。液位測量系(xi)統中包❓含的模⭐糊(hú)邏輯和特别濾波(bō)電路很好🔱地解決(jué)了這個問題,這就(jiù)保證了流量計在(zài)介質流動不穩定(dìng)或流量分布改變(biàn)的情況下仍具有(you)穩定的測量值顯(xiǎn)示。
　　由此可見,随着(zhe)環境治理力度的(de)不斷加大,非滿管(guan)流量計在污水測(cè)量中的應用前景(jing)十分廣闊。但非滿(mǎn)管電磁流量計也(ye)存在着一些目前(qian)尚未完全解決的(de)問題:
(1)非滿管電磁(cí)流量計目前隻能(néng)用于圓形管的流(liú)量測📞量。
(2)污水治理(lǐ)單位收取的污水(shui)處理費常數倍甚(shèn)至十餘倍潔🈲淨生(shēng)活和工業用水的(de)價格,非滿管電磁(cí)流量計測量精度(du)雖然與傳統槽式(shi)流量計相比大有(you)提高,但如果作爲(wèi)貿易結算,儀👨‍❤️‍👨表精(jing)度仍有待進一步(bu)提高。
(3)由于國内尚(shàng)無非滿管電磁流(liú)量計生産,國外廠(chang)商及其代理要價(jià)甚高,爲傳統儀表(biao)的2～3倍以上,這給非(fēi)滿管電磁流量計(jì)的🍉普及帶來了一(yī)定的難度。

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