提要(yào)：爲解決(jue)大口徑(jing)管道工(gōng)業用水(shui)計量間(jiān)題,在使(shǐ)用認證(zheng)和科學(xué)鑒定荃(quan)礎上.選(xuǎn)定電磁(ci)流量計(jì) 作爲計(ji)量表計(ji)。本文介(jiè)紹電磁(cí)流橄計(jì)的工作(zuo)原理和(he)安裝😍使(shǐ)用中應(yīng)注意的(de)問題,介(jie)紹了該(gāi)公司開(kāi)展工業(yè)⛹🏻‍♀️水計量(liang)工作後(hòu)所取得(de)的顯著(zhe)經濟效(xiao)益。
　　采用(yòng)地下大(da)口徑鑄(zhu)鐵管道(dào)環路供(gòng)水,水質(zhì)較好,電(diàn)導率較(jiào)低,但⭐水(shui)中含有(yǒu)漂浮物(wu)及水生(shēng)物,如塑(su)料袋、水(shui)草、小魚(yú)、菜葉等(deng)。如何解(jiě)決大口(kǒu)徑管道(dào)工業用(yong)水的計(jì)量問題(tí),是✂️一個(gè)長期困(kun)擾公司(sī)計控人(ren)員的一(yī)大難題(tí),經過慎(shen)重的探(tan)讨和論(lùn)證,認爲(wei)可⛷️在速(sù)度式👨‍❤️‍👨流(liú)量儀表(biao)中,選擇(ze)出比較(jiào)适合的(de)計量用(yòng)表。由此(cǐ),先後在(zai)不同的(de)大口徑(jìng)工業用(yòng)水管路(lu)上安裝(zhuāng)了 超聲(sheng)波流量(liàng)計 、 渦街(jie)流量計(ji) 、電磁流(liu)量計等(děng)儀表,以(yǐ)期實現(xiàn)這一目(mu)的。
1流量(liang)計的選(xuan)擇
　　由于(yú)大口徑(jìng)管道水(shui)中漂浮(fu)物、水生(sheng)物和所(suǒ)用鑄鐵(tie)管的影(yǐng)響㊙️,超聲(sheng)流量計(jì)、渦街流(liú)量計不(bu)适用。如(ru)氟化🆚廠(chang)管😘道上(shàng)安裝的(de)超聲波(bō)流量計(jì),由于外(wài)界因素(su)和流體(ti)中漂浮(fu)物的幹(gàn)擾,一直(zhí)無法正(zhèng)常運行(hang);錦綸廠(chang)管道上(shang)安🏒裝的(de)渦街流(liú)量計,由(yóu)于流體(ti)中的水(shuǐ)草、塑料(liao)袋等的(de)影響,使(shǐ)旋渦發(fa)🈲生體的(de)下方形(xing)不成渦(wō)街💋,緻使(shǐ)流量計(jì)無⭐法工(gōng)作。而在(zài)制藥廠(chang)、合成氨(an)廠尿素(su)♋車間工(gong)業㊙️用水(shui)管道上(shang)安裝的(de)電磁流(liu)量計,獲(huo)得了滿(man)意的測(ce)量效果(guǒ)。由♉此認(ren)爲電磁(cí)流量計(jì)🐕是目前(qian)解決我(wo)公司❓大(dà)口徑管(guan)道工業(yè)用水計(jì)量間題(tí)較爲理(lǐ)想的表(biao)計。
2電磁(cí)流量計(jì)
　　電磁流(liu)量計是(shi)應用法(fǎ)拉第電(dian)磁感應(ying)原理制(zhi)成的📞測(cè)量導電(dian)🌈介質體(ti)積流量(liang)的新型(xing)感應式(shi)流量測(cè)量儀表(biǎo)🏃‍♂️。它具有(you)壓💜力損(sun)🏃🏻‍♂️失小,儀(yi)表線性(xìng)度較好(hǎo),不受被(bèi)測液體(ti)的溫度(du)、壓力、粘(zhan)👅度等影(yǐng)響,可測(cè)🤩量含雜(zá)質液體(ti),量程寬(kuān),對同一(yi)台儀表(biǎo)來說🌏,其(qi)量程比(bi)可達1:100,口(kou)徑🛀🏻大,反(fan)應靈敏(min),耐腐蝕(shi),壽命長(zhǎng)等顯著(zhe)特點。
它(ta)的不足(zu)之處是(shì):
(1)隻能測(ce)量具有(you)一定導(dǎo)電性的(de)液體,要(yao)求被測(cè)介質的(de)電導率(lǜ)☎️在10一1一(yī)10“5材cm之間(jian),相當于(yu)蒸餾水(shuǐ)的電導(dǎo)率。
(2)不能(néng)測量高(gao)溫高壓(yā)流體(測(ce)量管的(de)絕緣襯(chen)裏材料(liào)受溫度(dù)🔴的🔴限制(zhi)造成)。
(3)受(shòu)流速分(fen)布影響(xiǎng),在流速(sù)軸對稱(cheng)分布的(de)情況下(xia),流量❗信(xìn)号與平(píng)均流速(sù)成正比(bǐ),如破壞(huai)了流速(sù)的軸對(duì)稱分布(bù),将産生(shēng)誤差,因(yin)此需在(zài)其前後(hou)有一定(dìng)長度🚶的(de)直管♻️段(duan)。
(4)易受外(wai)界電磁(cí)幹擾。
2.1基(jī)本原理(li)
　　在磁感(gan)應強度(du)爲B的均(jun)勻磁場(chǎng)中,垂直(zhí)于磁場(chang)方向放(fàng)一内📧徑(jìng)爲D的不(bu)導磁管(guǎn)道,當導(dao)電液體(tǐ)在管道(dào)内以速(su)度V流動(dòng)時🥰,液體(tǐ)切割磁(ci)力線,若(ruò)在管道(dào)截面上(shàng)垂直于(yú)磁場的(de)直徑兩(liang)端安裝(zhuāng)一對電(dian)極,隻要(yao)管道内(nei)流體流(liu)速分布(bu)爲👅軸對(duì)稱,則兩(liǎng)電極之(zhi)💰間産生(shēng)感應電(dian)動勢e,根(gen)據法拉(lā)第電㊙️磁(cí)感應原(yuán)理:
E=BD`U·······················(1)
則體(tǐ)積流量(liàng)爲·······················(2)
兩式(shì)中:e一感(gan)應電動(dòng)勢(V)
B—磁感(gǎn)應強度(dù)(wb/m2)
D一管道(dào)内徑(m)
`U 一(yi)流體平(píng)均流速(sù)(m/s)
Qv—流體體(tǐ)積流量(liàng)(m3/h)
要使式(shi)(2)嚴格成(cheng)立,必須(xu)使測量(liàng)條件滿(mǎn)足于:
(l)磁(ci)場是均(jun)勻分布(bu)的恒定(ding)磁場
(2)被(bei)測流體(tǐ)的流速(su)爲軸對(dui)稱分布(bù)
(3)被測液(ye)體是非(fei)磁性的(de),電導率(lǜ)均勻且(qiě)各向同(tong)性
2.2測量(liang)系統組(zǔ)成
　　基本(běn)系統由(you)傳感器(qi)(變送器(qi)、檢測器(qi))和轉換(huàn)器兩部(bu)分㊙️組成(chéng),僅❤️完💰成(cheng)流量的(de)檢測,在(zai)基本系(xì)統後加(jiā)裝流✨量(liang)積🈲算器(qi)💜,可實現(xian)累積流(liu)♋量的功(gong)能,如若(ruo)接入計(ji)算機系(xì)統,則不(bú)僅可顯(xiǎn)示瞬時(shí)流🔴量、累(lei)積流量(liàng)、日期、時(shi)間等功(gōng)能,還具(jù)有開方(fang)比例積(ji)算器和(he)定值輸(shu)出等⚽功(gōng)能,可完(wan)成打印(yin)、通訊和(he)聯網,實(shi)現自動(dong)控制。
　　傳(chuan)感器有(yǒu)管道式(shi)、潛水式(shi)、插入式(shì)三種形(xíng)式。當采(cǎi)用帶壓(yā)開孔、帶(dài)壓安裝(zhuang)技術後(hòu),可在不(bú)停車(停(tíng)水)的情(qing)🏃🏻況下安(an)裝,也可(kě)在鑄鐵(tie)管上安(ān)裝, 插入(rù)式電磁(ci)流量計(jì) 爲大口(kǒu)徑管道(dao)流體流(liu)量的測(cè)量提供(gòng)了一種(zhǒng)新的方(fang)式,并具(jù)有安裝(zhuāng)優勢和(hé)價格優(you)勢。
3電磁(cí)流量計(jì)誤差來(lái)源的初(chū)步分析(xi)
3.1非軸對(duì)稱流動(dòng)引起的(de)誤差
　　流(liú)體在管(guǎn)内流速(su)爲軸對(dui)稱分布(bù)時,流量(liang)計電極(ji)上💚所産(chǎn)生的感(gǎn)應電動(dòng)勢的大(dà)小與流(liú)體的流(liú)動狀态(tai)無關⛱️,與(yǔ)流體的(de)🎯平均流(liú)速成正(zhèng)比。每個(gè)流動質(zhì)點相對(dui)于電極(ji)幾何📐位(wei)置的不(bú)同,對✂️電(dian)極所産(chan)生的感(gan)應電動(dong)勢e的貢(gòng)獻也不(bu)同,愈靠(kào)近電極(ji)的質🏃🏻點(diǎn)、速度越(yue)大的質(zhi)點,對e的(de)貢獻越(yue)大,因此(ci)必須保(bǎo)證流體(tǐ)的流🐉速(su)爲軸對(duì)稱。
　　當管(guǎn)道未充(chōng)滿流體(ti)或由于(yu)閥門、彎(wān)頭、三通(tong)接頭的(de)👉影響,管(guǎn)路内流(liú)體将産(chan)生遊渦(wo)流,直接(jiē)破壞流(liu)體流速(sù)的軸對(dui)稱分布(bù)。根據理(li)論分析(xi),由于流(liu)速分布(bu)和渦流(liú)的影響(xiang),流量計(ji)上遊直(zhi)管段應(yīng)有一定(dìng)的長度(du),按附加(jia)誤差不(bú)影響流(liu)量計精(jing)度(約0.5%)的(de)原則,其(qí)上遊直(zhí)管段長(zhang)度應爲(wei)5D,下遊直(zhi)管段一(yī)般可👉取(qǔ)2D。
3.2電導率(lǜ)對測量(liang)誤差的(de)影響
　　電(diàn)導率的(de)降低,将(jiāng)增加檢(jian)測器的(de)輸出阻(zu)抗,并且(qiě)因轉換(huan)💘器輸入(rù)阻抗引(yin)起的負(fù)載效應(ying)而産生(sheng)誤差,同(tong)時,将增(zeng)加靜電(diàn)感應的(de)噪聲,降(jiàng)低流量(liàng)計的信(xin)噪比。電(diàn)導率高(gao)于10-1s/cm時,也(ye)會降低(dī)流量信(xin)号,改變(biàn)指示值(zhi)。
　　檢測器(qì)的輸出(chu)阻抗決(jue)定轉換(huan)器的輸(shū)入阻抗(kang)的大小(xiǎo)。檢💚測器(qì)的輸出(chū)阻抗由(yóu)流體的(de)電導率(lǜ)和電極(jí)的大小(xiǎo)所支配(pei)。
　　當直徑(jìng)爲dl(m)的圓(yuan)闆電極(ji)與電導(dao)率爲s(s/m)的(de)半無限(xiàn)展寬的(de)流體接(jiē)觸時,其(qi)展寬電(dian)阻爲1/2sdl（Ω）。因(yīn)此,如管(guan)道直徑(jing)D》dl.則檢測(ce)😄器的輸(shu)出阻抗(kang)爲兩個(gè)展寬電(diàn)阻之和(he),即等于(yú)1/sdl。
　　取流體(tǐ)電導率(lǜ)的下限(xiàn)爲5~20μs/cm,電極(ji)直徑爲(wèi)0.5cm,則檢測(ce)器的🏃輸(shū)出阻抗(kang)爲400~100kΩ,爲将(jiang)輸出阻(zǔ)抗的影(ying)響控制(zhì)在0.1%以下(xià),轉換器(qì)的輸入(rù)阻抗應(yīng)💛是40OMΩ。
　　自來(lai)水、原水(shuǐ)的電導(dao)率約在(zai)15~500μs之間,大(da)于電磁(cí)流量計(ji)電導率(lǜ)💁要求5μs/cm的(de)最低值(zhí),能滿足(zu)水計量(liàng)用表的(de)要求🆚。
3.3信(xìn)号傳輸(shū)電纜的(de)影響
　　檢(jian)測器與(yu)轉換器(qi)間的距(jù)離應盡(jin)量縮短(duan),使兩者(zhe)盡可能(néng)靠近🔅,檢(jian)測器與(yǔ)轉換器(qì)之間的(de)距離由(you)信号分(fen)布電容(róng)和被測(cè)液體的(de)電導率(lü)所決定(ding)。電導率(lǜ)與電纜(lan)長度的(de)關系見(jian)下圖。

　　實(shi)際使用(yong)中信号(hao)傳輸電(diàn)纜的電(diàn)容影響(xiang):當檢測(cè)器與轉(zhuan)㊙️換器之(zhi)間的電(diàn)纜長度(dù)超過30m時(shi),由電纜(lǎn)電容引(yin)⁉️起的負(fu)載效應(yīng)就成爲(wèi)一個問(wèn)題,這時(shi)可使用(yong)雙芯雙(shuāng)層屏蔽(bì)電纜,用(yong)低阻抗(kàng)的電壓(ya)源對内(nei)側屏蔽(bi)層加以(yi)與芯🈲線(xiàn)相同的(de)電壓,以(yi)形成屏(píng)蔽,使兩(liǎng)者之間(jiān)🏃🏻無電流(liú)通過,從(cóng)而可避(bì)免電纜(lan)的負載(zǎi)效應的(de)存在🔞,信(xìn)号電纜(lǎn)的🌐長度(dù)可延長(zhang)到3O0m左右(yòu)。
3.4電極表(biao)面污染(rǎn)的影響(xiang)
　　在測量(liàng)有附着(zhe)沉澱物(wu)的流體(tǐ)時,電極(jí)表面将(jiāng)受到污(wū)👉染,常常(cháng)引起零(ling)點漂移(yi),零點變(biàn)化和電(diàn)極污染(ran)程度兩(liǎng)者之間(jiān)的❄️關系(xi)🌈複雜,但(dan)可以說(shuo),電極直(zhí)徑越小(xiǎo),所受影(yǐng)🎯響也越(yuè)小,在使(shi)用中,應(yīng)注意電(dian)極的定(dìng)期清🔞洗(xi),現已有(you)亂闆式(shì)電📐磁流(liú)量計,可(ke)有效地(dì)解決這(zhè)一問題(ti)。
3.5勵磁方(fang)式的影(ying)響
　　現電(dian)磁流量(liàng)計大都(dou)采用了(le)恒定電(diàn)流的低(di)頻方波(bō)勵磁方(fāng)式🙇‍♀️,用開(kai)關回路(lù)把直流(liu)恒流回(hui)路的輸(shu)出電流(liu)周期性(xìng)地交換(huan)極⭐性,産(chan)生方波(bo)勵磁電(diàn)流。勵磁(ci)電流的(de)極性轉(zhuan)換周期(qi)選擇爲(wèi)工🆚業交(jiāo)流電周(zhou)期的偶(ou)數倍,這(zhè)樣可消(xiao)除工業(ye)頻率的(de)噪聲,排(pái)除了交(jiāo)流磁場(chang)的電渦(wo)流和直(zhi)流磁場(chǎng)的極化(huà)幹擾,使(shi)得精度(dù)可💋達到(dào)0.5%以上。
3.6安(ān)裝的影(yǐng)響
　　配置(zhì)和配管(guan)的基本(ben)條件是(shì):檢測器(qi)内應充(chōng)滿被測(cè)介質⭐流(liú)體,避免(miǎn)氣泡在(zai)電極上(shàng)的附着(zhe),避免沉(chén)澱和襯(chèn)裏的局(jú)部磨損(sǔn)。
　　電極檢(jian)測出的(de)信号是(shi)以檢測(cè)器内液(yè)體電位(wèi)爲基準(zhun)的,僅有(yǒu)數mV的微(wēi)小交流(liu)電勢。爲(wei)了使液(yè)體電位(wei)穩定并(bìng)使變☎️送(song)器與流(liu)體保持(chi)等電位(wèi),以保證(zhèng)穩定地(dì)進行測(cè)量,檢測(ce)器、轉換(huan)器和金(jin)屬管兩(liang)段,均應(yīng)有良好(hǎo)的接地(dì)。良好的(de)接地可(ke)保證🐪流(liú)量計的(de)準确工(gong)作,排除(chu)其它不(bú)相關的(de)幹擾電(dian)波。但應(ying)注意要(yao)采用同(tóng)一點接(jie)地,并🚶‍♀️不(bú)✌️得與其(qí)它電器(qì)設備共(gong)用接地(dì)線。接🐆地(dì)電阻應(yīng)小于10n,安(an)裝時還(hái)應避開(kāi)具✍️有強(qiáng)磁場的(de)設備🧡和(he)環境溫(wēn)度過高(gao)☔的地方(fang)。
3.7液體流(liú)動狀态(tài)和平均(jun)流速的(de)影響
(1)層(ceng)流和紊(wěn)流
　　由流(liu)體力學(xue)中的雷(léi)諾實檢(jiǎn)可知,在(zai)平直圓(yuán)管中,流(liu)體流動(dong)的類型(xing)可分爲(wèi)層流(滞(zhì)流)與紊(wen)流(湍流(liú))兩大類(lèi),用雷諾(nuo)數Re大小(xiao)來加以(yi)區别。當(dang)Re≤2000時,爲層(ceng)流;Re≥4000時,爲(wèi)紊流;Re=2000~4000之(zhi)間時,可(ke)能是層(ceng)流,也可(kě)能是紊(wěn)流,一般(ban)稱爲過(guò)渡流。

流(liu)體處于(yú)紊流時(shí),在半徑(jing)方向上(shang)距管路(lu)中心軸(zhou)線rx處的(de)最大流(liú)速Ux用下(xià)式計算(suan):

(3)、（4）兩式中(zhōng)：
Ux—距管路(lù)中心軸(zhou)線xr處的(de)最大流(liú)速(m八)
Umax—管(guǎn)路中心(xīn)軸線處(chù)的最大(dà)流速(m/s)
rx—管(guan)壁内側(ce)距管中(zhong)心軸線(xiàn)處X點的(de)距離(m)
R—管(guan)道的半(bàn)徑(m)
n—與雷(léi)諾數有(you)關的尼(ni)庫拉茲(zī)(Nikuradse)系數。
　　層(céng)流時,由(you)式3可知(zhī),流速變(biàn)化爲抛(pāo)物線分(fen)布,在管(guǎn)路中心(xin)💔軸線處(chù)達到最(zuì)大Umax,即使(shǐ)Re值發生(shēng)變化,流(liú)速分布(bù)狀态也(ye)不改變(biàn),(見圖👈a)。紊(wen)流時,由(yóu)式4可知(zhī),其流速(sù)分布在(zài)管路内(nèi)壁的近(jìn)旁比層(céng)流時的(de)流速大(dà),流速分(fen)布形狀(zhuàng)随雷諾(nuo)數變化(hua)而發生(shēng)改變,見(jiàn)(圖b)。

①流體常(cháng)用流速(sù)範圍與(yu)雷諾數(shu)關系見(jian)表1。
以水(shui)爲例:取(qǔ)p=1000kg/m3
Μ=101×10-5N×S/ m3
②平均速(su)度點
根(gēn)據尼庫(kù)拉茲(Nikuardse)算(suàn)式,當流(liú)體處于(yú)湍流狀(zhuàng)态時:

上(shang)表中:管(guǎn)道中流(liú)體處于(yú)紊流狀(zhuang)态


雷諾(nuò)數與尼(ní)庫拉茲(zi)系數的(de)關系見(jian)表2。

當n=7.0時(shi)rx=0.24228R即r=0.12lD
n=9.9時xr=0.23682R即(ji)r=0.118n
D爲管道(dào)内徑,則(zé)xr≈0.12D
結論:當(dang)管道中(zhong)心處的(de)流體處(chu)于紊流(liú)狀态時(shí),在離管(guan)内壁0.12D處(chù)的速度(dù)可表示(shi)爲平均(jun)速度,在(zài)2.56×10-4≤Re≤3.07×106時,誤差(chà)小于1.14%(即(jí)同一儀(yí)表在量(liàng)程比⭕可(kě)高達1:100時(shi))。同時也(yě)得出了(le)儀表電(diàn)極的插(chā)入深度(dù)。由(5)可以(yi)很方便(bian)的得出(chu)插入深(shēn)度對測(cè)量所造(zao)成🚶‍♀️的誤(wù)差。
4經濟(ji)效益
　　電(dian)磁流量(liàng)計的采(cai)用,對水(shuǐ)資源管(guan)理起到(dào)了較大(da)的作用(yong),取得了(le)明顯的(de)經濟效(xiao)益。可以(yi)相信,随(sui)着科學(xué)技術的(de)不斷進(jìn)步,電磁(ci)流量計(jì)生産水(shuǐ)平的不(bu)斷提🏒高(gāo),性能的(de)不斷完(wán)善,其應(ying)用範㊙️圍(wei)必将更(gèng)爲廣泛(fan)。

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