提要(yao)：爲解決大口(kǒu)徑管道工業(ye)用水計量間(jiān)題,在使😘用認(rèn)證和科學鑒(jian)定荃礎上.選(xuǎn)定電磁流量(liàng)計 作爲計量(liang)表計。本文介(jiè)紹電磁流橄(gan)計的工作原(yuan)理和安裝使(shi)用中應注意(yi)的問題,介紹(shao)了該公司開(kai)展工業水計(ji)量工作後所(suǒ)取♊得的顯著(zhe)經濟效益。
　　采(cǎi)用地下大口(kou)徑鑄鐵管道(dào)環路供水,水(shui)質較好,電導(dǎo)🔞率較🌍低🤞,但水(shui)中含有漂浮(fu)物及水生物(wù),如塑料袋、水(shuǐ)草、小魚、菜葉(ye)🐕等。如何解決(jué)大口徑管道(dao)工業用水的(de)計量問題,是(shì)一個長期困(kùn)擾公司計控(kong)人員的一大(dà)難題,經💜過慎(shen)重的探讨和(hé)論證,認爲可(ke)在速度式流(liu)量儀表中🈲,選(xuan)擇出比較适(shì)合的計量用(yong)表。由此,先🔴後(hòu)在不同的大(da)🔴口徑工業用(yòng)水管路上安(an)裝了 超聲波(bo)流量計 、 渦街(jie)流量計 、電磁(cí)流量計等儀(yi)表,以期實現(xian)這一目的。
1流(liú)量計的選擇(zé)
　　由于大口徑(jìng)管道水中漂(piāo)浮物、水生物(wu)和所用鑄鐵(tiě)管的影響,超(chao)聲流量計、渦(wo)街流量計不(bú)适用。如氟化(hua)廠管道上安(ān)裝的超聲波(bo)流量計,由于(yu)外界因素和(he)💰流體中💛漂浮(fu)物的幹擾,一(yī)直無㊙️法正常(chang)運行;錦綸廠(chang)管道上安裝(zhuang)的渦街流量(liang)計,由于流體(tǐ)中的水草、塑(su)料袋等的影(ying)響,使旋渦發(fa)生體的下方(fang)形不成渦街(jie),緻使流量計(jì)🈲無法工作。而(er)在制藥廠、合(hé)成氨廠尿素(sù)車間工業用(yong)水管道上安(ān)🔴裝的電磁流(liu)量計,獲得了(le)滿🏃🏻意的測量(liang)效果。由此認(rèn)爲電磁流量(liàng)計是目前解(jie)⛷️決我公司大(da)口徑管道🙇‍♀️工(gong)業用水計量(liàng)間題較爲理(li)想的表計。
2電(diàn)磁流量計
　　電(dian)磁流量計是(shì)應用法拉第(di)電磁感應原(yuan)理制成的測(cè)量導㊙️電介質(zhì)體積流量的(de)新型感應式(shi)流量測量🌐儀(yi)表💯。它具有壓(ya)力損失小,儀(yí)表線性度較(jiào)好,不受被😍測(ce)液體㊙️的溫度(dù)、壓力、粘度等(deng)影響,可測量(liang)含雜質液體(tǐ),量程寬,對同(tong)一台儀表來(lái)說,其量程比(bi)可達1:100,口徑大(da),反應靈敏,耐(nài)腐蝕,壽命長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)。
它的不足之(zhi)處是:
(1)隻能測(ce)量具有一定(dìng)導電性的液(yè)體,要求被測(cè)介質的電👌導(dao)率在10一1一10“5材(cái)cm之間,相當于(yu)蒸餾水的電(dian)導率。
(2)不能測(cè)量高溫高壓(yā)流體(測量管(guan)的絕緣襯裏(li)材料🐕受溫度(dù)的限制造成(chéng))。
(3)受流速分布(bù)影響,在流速(su)軸對稱分布(bu)的情況下,流(liu)量信号與平(píng)均流速成正(zhèng)比,如破壞了(le)流速的軸對(dui)稱分👉布,将産(chan)生誤差,因此(ci)需在其前後(hòu)有一定長度(du)的直管段。
(4)易(yi)受外界電磁(ci)幹擾。
2.1基本原(yuán)理
　　在磁感應(yīng)強度爲B的均(jun)勻磁場中,垂(chui)直于磁場方(fāng)向放一内徑(jing)爲D的不導磁(ci)管道,當導電(diàn)液體在管道(dao)内以速度V流(liú)動時❓,液體🚶‍♀️切(qiē)割磁力線,若(ruò)在管道截面(mian)上垂直于磁(cí)場的直徑兩(liǎng)端安裝一對(duì)電極,隻要管(guǎn)道☁️内流體流(liu)速分布爲軸(zhóu)對稱,則兩電(dian)極之間産生(sheng)感應電動勢(shì)e,根據法拉第(di)電磁感應原(yuán)理:
E=BD`U·······················(1)
則體積流(liu)量爲·······················(2)
兩式中(zhōng):e一感應電動(dòng)勢(V)
B—磁感應強(qiang)度(wb/m2)
D一管道内(nèi)徑(m)
`U 一流體平(píng)均流速(m/s)
Qv—流體(ti)體積流量(m3/h)
要(yao)使式(2)嚴格成(chéng)立,必須使測(cè)量條件滿足(zu)于:
(l)磁場是均(jun)勻分布的恒(héng)定磁場
(2)被測(ce)流體的流速(sù)爲軸對稱分(fèn)布
(3)被測液體(tǐ)是非磁性的(de),電導率均勻(yun)且各向同性(xìng)
2.2測量系統組(zu)成
　　基本系統(tǒng)由傳感器(變(bian)送器、檢測器(qì))和轉換器兩(liang)部分組成,僅(jǐn)完👌成流量的(de)檢測,在基本(běn)系統後加裝(zhuang)流量積算器(qì),可實現累積(ji)流☁️量的功能(neng),如若接入計(ji)算機系統,則(zé)不僅可顯示(shi)瞬時流量、累(lei)積流量、日期(qī)、時間等功能(néng),還具有開方(fang)比例積算器(qì)和定值輸出(chu)等📞功能,可完(wan)成打印、通訊(xùn)和聯網,實現(xian)自動控制。
　　傳(chuán)感器有管道(dao)式、潛水式、插(cha)入式三種形(xing)式。當采用帶(dài)壓開孔、帶壓(ya)安裝技術後(hou),可在不停車(che)(停水)的情況(kuang)下安裝,也可(ke)在鑄鐵管🎯上(shàng)安裝, 插入式(shi)電磁流量計(jì) 爲大口徑管(guan)道流體流量(liàng)的測量提供(gòng)了一種新的(de)方式,并具有(yǒu)安裝優勢和(he)價格優勢。
3電(dian)磁流量計誤(wù)差來源的初(chu)步分析
3.1非軸(zhóu)對稱流動引(yǐn)起的誤差
　　流(liu)體在管内流(liú)速爲軸對稱(chēng)分布時,流量(liang)計電極上所(suǒ)産🥰生的♌感應(yīng)電動勢的大(dà)小與流體的(de)流動狀态無(wu)關,與流體的(de)平均💰流速成(chéng)正比。每個流(liu)動質點相對(duì)于電極幾何(hé)位置的不同(tóng),對電極所産(chan)生的感應電(diàn)動勢e的⚽貢獻(xiàn)也不同,愈靠(kào)近電極的質(zhi)點、速度越大(dà)的質點,對e的(de)貢獻越大,因(yīn)此必須保證(zheng)流體的流速(sù)爲軸對稱。
　　當(dang)管道未充滿(mǎn)流體或由于(yu)閥門、彎頭、三(sān)通接頭的影(yǐng)響,管路内流(liu)體将産生遊(you)渦流,直接破(po)壞流體流🌍速(su)的軸對稱分(fen)布。根據理論(lun)分析,由于流(liú)速分布和渦(wo)流的影響,流(liu)🛀量計上🐆遊直(zhi)管📐段應有一(yī)定的長度,按(an)附加誤差不(bu)影響流量計(jì)精度(約0.5%)的原(yuán)💋則,其上遊😘直(zhí)管段長度應(yīng)爲5D,下遊直管(guǎn)段一般可取(qǔ)2D。
3.2電導率對測(cè)量誤差的影(yǐng)響
　　電導率的(de)降低,将增加(jia)檢測器的輸(shū)出阻抗,并且(qiě)因轉換器輸(shu)入阻抗引起(qi)的負載效應(ying)而産生誤差(cha),同時,将增加(jia)靜電感應的(de)噪㊙️聲,降低流(liu)量計的信噪(zào)比。電導率高(gao)于10-1s/cm時,也會降(jiàng)🔴低流量👄信号(hào),改變指示值(zhí)。
　　檢測器的輸(shū)出阻抗決定(dìng)轉換器的輸(shu)入阻抗的大(da)小。檢㊙️測器🌂的(de)輸出阻抗由(yóu)流體的電導(dǎo)率和電極的(de)大小所支配(pèi)。
　　當直徑爲dl(m)的(de)圓闆電極與(yǔ)電導率爲s(s/m)的(de)半無限展寬(kuan)的流體接觸(chu)時,其展寬電(dian)阻爲1/2sdl（Ω）。因此,如(ru)管道直徑D》dl.則(zé)檢測器的輸(shu)出阻抗爲兩(liang)個展寬電阻(zǔ)之和,即等于(yú)㊙️1/sdl。
　　取流體電導(dǎo)率的下限爲(wei)5~20μs/cm,電極直徑爲(wei)0.5cm,則檢測器的(de)輸出阻抗爲(wei)400~100kΩ,爲将輸出阻(zǔ)抗的影響控(kòng)制在0.1%以下,轉(zhuǎn)換器的輸入(ru)阻抗應是40OMΩ。
　　自(zi)來水、原水的(de)電導率約在(zai)15~500μs之間,大于電(dian)磁流量計電(dian)導率要求🏒5μs/cm的(de)最低值,能滿(man)足水計量用(yòng)表的要求。
3.3信(xìn)号傳輸電纜(lǎn)的影響
　　檢測(ce)器與轉換器(qì)間的距離應(yīng)盡量縮短,使(shǐ)兩者盡💋可能(néng)靠近♉,檢測器(qi)與轉換器之(zhi)間的距離由(yóu)信号分🔱布電(dian)🚶‍♀️容和被測液(yè)體的電♍導率(lü)所決定。電導(dao)率與電纜長(zhǎng)度的關系見(jiàn)下圖❗。

　　實際使(shi)用中信号傳(chuan)輸電纜的電(diàn)容影響:當檢(jiǎn)測器與轉換(huàn)器之間的電(diàn)纜長度超過(guo)30m時,由電纜電(dian)容引🌈起的負(fù)載效應就成(cheng)爲一個問題(tí),這時可使用(yòng)雙芯雙層屏(ping)蔽電纜,用低(di)阻抗的電✔️壓(yā)源對内側屏(ping)蔽層加以與(yu)芯✔️線相同的(de)電壓,以形💋成(cheng)屏蔽,使兩者(zhě)之間⁉️無電流(liú)通過,從而可(kě)避免電纜的(de)負載效應的(de)存在🏃‍♂️,信号電(dian)纜的☎️長度可(ke)延長到3O0m左🐇右(you)。
3.4電極表面污(wu)染的影響
　　在(zài)測量有附着(zhe)沉澱物的流(liú)體時,電極表(biao)面将受到‼️污(wu)🈲染⭐,常🌈常引💁起(qi)零點漂移,零(líng)點變化和電(diàn)極污染程度(dù)兩者之間的(de)關系複雜,但(dan)可以說,電極(jí)直徑越小,所(suo)受影響也越(yuè)小,在使用中(zhōng),應🧡注意電極(ji)的定期清洗(xǐ),現已有亂闆(pan)式電✏️磁流量(liàng)計,可有效地(di)解決這一問(wen)題。
3.5勵磁方式(shì)的影響
　　現電(diàn)磁流量計大(dà)都采用了恒(héng)定電流的低(dī)頻方波勵磁(cí)方式,用開關(guān)回路把直流(liu)恒流回路的(de)輸出電⚽流周(zhou)🏃‍♂️期性地交㊙️換(huàn)極🛀性,産生方(fang)波勵磁電流(liu)。勵磁電🈲流的(de)極性轉換周(zhōu)期選擇爲工(gōng)業交流👨‍❤️‍👨電周(zhōu)期的偶數倍(bèi),這樣可消除(chú)工業頻率的(de)噪聲,排除了(le)交流磁場的(de)電渦流和直(zhi)流磁場的極(jí)化幹擾🈲,使得(de)精度可🔅達到(dao)0.5%以上。
3.6安裝的(de)影響
　　配置和(hé)配管的基本(běn)條件是:檢測(cè)器内應充滿(mǎn)被測介質流(liú)體,避免氣泡(pào)在電極上的(de)附着,避免沉(chen)澱和襯裏的(de)局部磨損。
　　電(diàn)極檢測出的(de)信号是以檢(jiǎn)測器内液體(ti)電位爲基準(zhun)的,僅有數mV的(de)微小交流電(dian)勢。爲了使液(yè)體電位穩定(ding)并使變送器(qì)與流🙇‍♀️體保🙇‍♀️持(chí)等電位,以保(bao)證穩定地進(jìn)行測🙇🏻量,檢測(ce)器、轉換器和(he)金屬管兩段(duàn),均應有良好(hao)的接地📧。良好(hǎo)的接地可保(bǎo)證🔴流量計的(de)準确工作,排(pái)除其它不㊙️相(xiàng)關的幹擾電(diàn)波。但應注意(yì)要采用同💯一(yi)點接地,并不(bu)得與其它電(diàn)器設備共用(yòng)接地線。接地(di)電阻應小于(yú)10n,安裝時還應(ying)避開具有強(qiang)磁場的設備(bèi)☎️和環境溫度(dù)過高的地方(fāng)。
3.7液體流動狀(zhuang)态和平均流(liú)速的影響
(1)層(céng)流和紊流
　　由(you)流體力學中(zhong)的雷諾實檢(jian)可知,在平直(zhi)圓管中,流❌體(ti)流動的類型(xing)可分爲層流(liú)(滞流)與紊流(liu)(湍流)兩大類(lei),用💜雷諾✍️數Re大(dà)小來加以區(qu)别。當Re≤2000時,爲層(ceng)流;Re≥4000時,爲紊流(liu);Re=2000~4000之間時,可能(neng)是層流,也可(kě)能是紊流,一(yī)般稱爲過渡(du)流。

流體處于(yu)紊流時,在半(bàn)徑方向上距(ju)管路中心軸(zhóu)線rx處的最💰大(da)流速Ux用下式(shi)計算:

(3)、（4）兩式中(zhong)：
Ux—距管路中心(xin)軸線xr處的最(zui)大流速(m八)
Umax—管(guǎn)路中心軸線(xian)處的最大流(liu)速(m/s)
rx—管壁内側(ce)距管中心軸(zhóu)線處X點的距(ju)離(m)
R—管道的半(bàn)徑(m)
n—與雷諾數(shù)有關的尼庫(kù)拉茲(Nikuradse)系數。
　　層(ceng)流時,由式3可(kě)知,流速變化(hua)爲抛物線分(fèn)布,在管路中(zhong)心🌈軸線處😄達(da)到最大Umax,即使(shǐ)Re值發生變化(huà),流速分布狀(zhuang)态也不🛀🏻改變(biàn),(見圖a)。紊流時(shí),由式4可知,其(qi)流速分布在(zài)管路🌈内壁的(de)近旁比👌層流(liu)時的流速大(da),流速分布形(xing)狀随雷諾數(shù)變化而發生(shēng)改🌂變,見(圖b)。

①流(liu)體常用流速(sù)範圍與雷諾(nuò)數關系見表(biao)1。
以水爲例:取(qu)p=1000kg/m3
Μ=101×10-5N×S/ m3
②平均速度點(dian)
根據尼庫拉(lā)茲(Nikuardse)算式,當流(liú)體處于湍流(liú)狀态時:

上表(biao)中:管道中流(liú)體處于紊流(liu)狀态


雷諾數(shu)與尼庫拉茲(zi)系數的關系(xì)見表2。

當n=7.0時rx=0.24228R即(jí)r=0.12lD
n=9.9時xr=0.23682R即r=0.118n
D爲管道(dào)内徑,則xr≈0.12D
結論(lùn):當管道中心(xin)處的流體處(chù)于紊流狀态(tài)時,在離管内(nei)壁0.12D處🈲的速度(du)可表示爲平(píng)均速度,在2.56×10-4≤Re≤3.07×106時(shí),誤差小㊙️于1.14%(即(ji)🔴同一儀表在(zai)量程比可高(gao)達1:100時)。同時也(yě)得出了儀表(biǎo)電💜極的插入(rù)深度。由(5)可以(yǐ)很方便的得(de)出插入深度(dù)對測量所造(zào)成的誤差。
4經(jīng)濟效益
　　電磁(ci)流量計的采(cǎi)用,對水資源(yuan)管理起到了(le)較大的作用(yòng),取得🏃‍♂️了明顯(xian)的經濟效益(yì)。可以相信,随(suí)着科學技術(shù)的不斷進步(bu),電磁流🚶量計(jì)生産水平的(de)不斷提高,性(xing)能的不斷完(wan)善,其🌈應用範(fan)圍必将🚶更爲(wei)廣泛。

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