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(jiè)紹了一種專爲非(fēi)滿管狀态下的流(liu)量測量而設計的(de)流量計,簡單介紹(shao)了非滿管電磁流(liú)量計 的測量原理(lǐ),着重描述了其獨(dú)特的電容液位測(cè)量系統,分析🐆了非(fei)滿管電磁流量計(jì)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(běn)國⛹🏻‍♀️策,在國🧑🏾‍🤝‍🧑🏼家環境(jìng)保護政策推動下(xià),企業對環保工作(zuo)越來☀️越予以重視(shì),生産過♉程中産生(sheng)的污水要嚴格控(kong)制其排放量,爲此(ci)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(mǎn)👉管并且具有自由(you)水面,正确地進行(hang)測量有一定的難(nan)度。以前多采用傳(chuan)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(yi)定的要求,當不能(néng)滿足條🚩件時測量(liang)精度會降低,有時(shí)甚至無法進行測(cè)量。如果用電磁流(liú)量計來測量污水(shui),則需要建造額外(wai)的閘闆和堰闆以(yǐ)保證滿管,這些附(fù)加⁉️的安裝費用經(jing)常會超出流量計(ji)本💁身的費用,大口(kou)徑🔴管道時更是如(ru)此,而且還增加了(le)管❤️道堵塞的可能(néng)性。随着測量🈚技術(shù)的不斷發展🐕,目前(qián)電磁和超聲波技(jì)術都能對非滿管(guǎn)流體流量進行測(ce)量。
1　測量原理
　　 電磁(cí)流量計 是20世紀50～60年(nian)代随着電子技術(shù)的發展而迅速發(fā)展起👨‍❤️‍👨來的🎯新型流(liu)🌍量儀表,由于其獨(dú)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(liàng)計中,其銷量僅次(cì)于 孔闆流量計 ,位(wei)居第2位。
　　電磁流量(liang)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(bèi)測介質垂直于磁(ci)力🥰線方向流動時(shi),在與👣介質流動和(hé)磁力線都垂直的(de)方向上産生一個(gè)感應電勢Ex,它與被(bei)測介質在磁場中(zhōng)運動的🚶速度成正(zhèng)比,其關系式爲
Ex=KBDv
式(shì)中:K爲儀表常數;B爲(wei)磁感應強度;D爲電(diàn)極距離,即導管直(zhi)徑,爲導體垂直切(qiē)割磁力線的長度(du);v爲被測介質在磁(ci)場中運動的📐速度(dù)。
由感應電勢可以(yi)計算出流體流速(su),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(ce)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(kuàng):1)當測量㊙️管内🌏的液(ye)體超過電極水平(ping)面時,流量計所顯(xian)示的是實際液體(tǐ)的體積流量加上(shàng)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(zhuān)爲非滿管狀态下(xià)的流量測量而設(shè)計🔅的,它與普通電(dian)磁流量計的不同(tóng)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(ér)求得流通面積A,兩(liǎng)者相乘獲得流量(liang)。
　　非滿管電磁流量(liang)計由兩部分組成(chéng),一是安裝在管道(dao)🌈上的流量傳感器(qì),二是微處理器控(kòng)制的信号轉🆚換器(qì)。
　　流量傳感器是直(zhi)接安裝在管道上(shang)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(ci)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(yè)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(cha)别。
　　電容式液位測(ce)量系統的電磁流(liú)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(di)部0.1D高度,這樣當液(ye)位不低于0.1D時都可(kě)測出流速,而且又(you)避免了測量管中(zhōng)沉澱物給測量帶(dài)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(bèi)面安裝有一塊檢(jian)測極和4塊發射極(ji),被襯裏層完全覆(fu)蓋,與管🐪内液體充(chong)分絕緣。将高頻電(diàn)壓引入發射極,然(rán)後測出檢測極中(zhong)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(dìng)的比🌏例關系,通過(guò)測量兩⭕塊金屬電(diàn)極🌈之間的電容❓便(biàn)可得知液位高度(du)。當測量管内液位(wèi)高度确定後,便可(kě)計算出非滿管流(liú)量。之所以将發射(she)極分爲數片,是爲(wei)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(wei)基準來修正不同(tóng)液體的不同電導(dao)率引起💘的偏♋移量(liang)。當管内液體流速(sù)大于1m/s時,其測量準(zhǔn)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(rú)壓力、溫度、黏度、密(mi)度❓、一緻性、電導率(lǜ)和電☁️極的污染等(deng)無關。
　　與傳感器配(pèi)套的帶有微處理(lǐ)器的信号轉換器(qì),流速信号🌐和液位(wèi)信号引入轉換器(qi),可以進行流量的(de)計算💰、顯示、累積等(deng)操作,同時可以輸(shu)出電流信号或脈(mo)沖信号,接口可選(xuǎn)爲HART,SMART或RS485。
　　信号轉換器(qì)與傳感器之間以(yi)專用電纜連接,電(dian)纜🔅的長度從🌈減少(shao)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(lǜ)電纜的長度問題(ti),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(liàng)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(yu)NEMA6
流速範圍:1～10m/s
電導率(lü):≥5μs/cm
工作溫度:-5～+60℃
工作壓(ya)力:10bar
3　安裝與維護
　　非(fei)滿管電磁流量計(ji)的安裝與普通型(xing)電磁流量計的安(ān)裝要求基本相同(tóng)。
(1)安裝地點和位置(zhì)按需要确定,但電(diàn)極軸必須水平⛹🏻‍♀️。
(2)電(dian)磁流量計必須有(you)良好的接地,以減(jiǎn)少幹擾信号引入(ru)。接地有兩方面的(de)要求,一是傳感器(qì)與轉換器的接地(di)線必須👨‍❤️‍👨與被測介(jie)質導通,二是要以(yǐ)大地爲零電位。
(3)爲(wèi)避免幹擾信号,傳(chuan)感器與轉換器之(zhī)間的信号線必須(xu)采用㊙️專用屏蔽導(dǎo)線,并單獨穿在接(jiē)地鋼管内,不能把(ba)信号電纜和電源(yuán)電纜安放在同一(yi)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(jiè)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(fēi)滿管電磁流量計(jì)的維護工作量很(hěn)小,但是在運行一(yī)段時🈚間❓以後,污水(shuǐ)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(bu)一緻時,會導緻電(diàn)極回路斷路或短(duan)路,儀💚表不能正常(chang)工作。因此對于工(gōng)業污水的測量,在(zài) 流量計 選型時最(zuì)好能保證流體流(liu)速在3～4m/s以上,這樣可(kě)以在一定程💚度上(shàng)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(zuo)爲一種新型流量(liang)儀表,具有無🤟可替(tì)代的優勢。
從外觀(guān)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(jù)有不受流體參數(shu)影響、無可動部件(jian)、無阻流件、壓損極(ji)小、無測量滞後現(xian)象、線性輸出和範(fàn)圍度寬等優點🌍。
　　非(fei)滿管電磁流量計(jì)的測量通道是段(duàn)光滑直管,不會有(yǒu)阻塞現👄象,因此特(te)别适用于測量含(han)固體顆粒⛱️的液固(gu)二相流體,如紙漿(jiang)、泥漿、污水等。安裝(zhuāng)非滿管電磁流量(liàng)計,其上遊不🛀🏻會擡(tái)高水位,因此也不(bú)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(guǎn)的Irathane襯裏耐磨損,抗(kàng)腐蝕性能好。
　　非滿(mǎn)管電磁流量計可(ke)測的管道内液位(wèi)爲截面的🧡10%～100%,其在📧非(fei)滿管和滿管流量(liang)的情況下均能保(bao)持良好的測❓量精(jing)度,這是電磁流量(liang)計研發的突破。
　　在(zài)非滿管測量中,測(ce)量管内液位通常(cháng)會出現波動,這些(xie)🥰波動,特🌈别是當其(qi)處在電極的水平(píng)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(hu)邏輯和特别濾波(bo)電路很好地解決(jue)了這個問題,這就(jiu)保證了✨流量計在(zai)介質流動不穩定(dìng)或流量分布改變(bian)的情況下仍具有(yǒu)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(guǎn)流📐量✊計在污水測(ce)量中的應用前景(jǐng)十分廣闊。但非滿(man)管電磁流量🌈計也(ye)存在着一些目前(qián)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(li)單位收取的污水(shui)處理費常數倍甚(shen)至十餘倍潔淨生(sheng)活和工業用水的(de)價格,非滿管電磁(ci)流量計測量精度(dù)雖然與傳統槽式(shì)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(bù)提高。
(3)由于國内尚(shang)無非滿管電磁流(liu)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(fei)滿管電磁🙇‍♀️流量計(jì)的普及💔帶來了一(yī)定的難度。

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