摘要:環境保(bǎo)護是我國的基(jī)本國策之一,工(gōng)業污水(shuǐ)的(de)計量越來越引起重(zhòng)視。介紹了一種(zhǒng)專爲非滿管(guǎn)狀(zhuàng)态下的(de)流量測(cè)量而(ér)設計的流(liú)量計(jì),簡單介紹了非(fēi)滿管電磁(cí)流量計 的測量(liàng)原理(lǐ),着重(zhòng)描述(shù)了其獨(dú)特的電(diàn)容液位測量系(xì)統,分(fèn)析了非滿管電磁流量計在污水測(cè)量應(yīng)用中(zhōng)的特點及(jí)優勢。
0　引(yǐn)言
　　環境(jìng)保(bǎo)護已經(jīng)成爲(wèi)我國經濟(jì)持續(xù)發展的基(jī)本國策,在國家環境(jìng)保護(hù)政策推動(dòng)下,企業(yè)對環保(bǎo)工作(zuò)越(yuè)來越予(yǔ)以重視,生(shēng)産過程中産生的污水要(yào)嚴格控制其(qí)排放量(liàng),爲此(cǐ)要求安裝(zhuāng)流量計來計量(liàng)污水(shuǐ)排放量。
　　工業排(pái)水的(de)流體(tǐ)流動(dòng)都是自然流動(dòng),流量大,非滿管并且具有(yǒu)自由(yóu)水面,正(zhèng)确地進(jìn)行測(cè)量(liàng)有(yǒu)一定(dìng)的難度。以前多(duō)采用傳統槽(cáo)式(shì)流量計,不僅精(jīng)度較低,而(ér)且帶(dài)來較大的水流損失,同(tóng)時對上(shàng)遊渠道的坡度(dù)及下遊水深也(yě)均有一定(dìng)的要(yào)求,當不能(néng)滿足(zú)條(tiáo)件時測(cè)量精(jīng)度會(huì)降低(dī),有時(shí)甚至(zhì)無法進行(háng)測量(liàng)。如(rú)果用電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計來測(cè)量污水,則(zé)需要(yào)建造(zào)額(é)外的(de)閘(zhá)闆和堰闆以保(bǎo)證滿管(guǎn),這些附(fù)加的安裝(zhuāng)費用經常會超出流(liú)量計本身的費用,大口徑(jìng)管道(dào)時更是(shì)如此,而(ér)且還增(zēng)加了管道堵塞(sāi)的可能性。随(suí)着測量技(jì)術的不斷(duàn)發展,目前電(diàn)磁和超聲波(bō)技術都能(néng)對(duì)非滿管流體(tǐ)流量進行測量(liàng)。
1　測量原(yuán)理(lǐ)
　　 電磁(cí)流量計 是20世紀50～60年代(dài)随着電子(zǐ)技術的(de)發(fā)展而(ér)迅速發(fā)展起(qǐ)來(lái)的新型流量儀(yí)表,由于其獨特的優(yōu)點,廣(guǎng)泛應(yīng)用于(yú)工業過程(chéng)中各(gè)種導電液(yè)體的(de)流量(liàng)測量(liàng),在目前使(shǐ)用的(de)各類流量計中,其銷量(liàng)僅(jǐn)次于(yú) 孔闆流量計(jì) ,位(wèi)居第2位。
　　電(diàn)磁流(liú)量計(jì)是(shì)根據法拉第電磁感應定律制(zhì)成的,其(qí)測量原理(lǐ)如下(xià):當導電(diàn)的被測(cè)介質垂直(zhí)于磁(cí)力線(xiàn)方(fāng)向流動(dòng)時,在與介質流(liú)動和磁力(lì)線都(dōu)垂直的方(fāng)向上(shàng)産生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)ex,它與被測(cè)介(jiè)質(zhì)在磁場中(zhōng)運動的(de)速度(dù)成正比(bǐ),其關系式(shì)爲
ex=kbdv
式中:k爲儀表(biǎo)常數;b爲磁感應強度;d爲(wèi)電(diàn)極距(jù)離,即(jí)導管直徑(jìng),爲導體垂直切割磁力線(xiàn)的長(zhǎng)度;v爲被(bèi)測(cè)介質(zhì)在(zài)磁場中(zhōng)運動(dòng)的速(sù)度。
由感應(yīng)電勢(shì)可以計算出流(liú)體(tǐ)流速,将流體(tǐ)流(liú)速管道截(jié)面積(jī)相乘,即(jí)可得(dé)出體積流(liú)量q。
　　普(pǔ)通的電磁(cí)流量計(jì)一直用(yòng)于滿管測量[1],當測量管中液體(tǐ)未被充滿時,普通的電磁流量(liàng)計會出(chū)現兩種情況:1)當測量管(guǎn)内(nèi)的液(yè)體(tǐ)超過(guò)電極水(shuǐ)平(píng)面時(shí),流量(liàng)計所(suǒ)顯示(shì)的是實(shí)際液體(tǐ)的體(tǐ)積流(liú)量加(jiā)上空氣所占據(jù)的那部分體積之和,造成(chéng)流量(liàng)誤差(chà)。2)當測量管内的液(yè)體低于(yú)電極水(shuǐ)平面時(shí),輸出就不(bú)穩定(dìng)或波動,流(liú)量計(jì)不能(néng)測(cè)出電動(dòng)勢,根本無(wú)法計量。
　　非滿(mǎn)管電磁(cí)流量計是專爲(wèi)非滿管狀(zhuàng)态下(xià)的流量測量而(ér)設計的,它與普(pǔ)通電磁流量計(jì)的不(bú)同之處(chù)在(zài)于它不僅(jǐn)測量(liàng)流體(tǐ)的(de)流(liú)速,還(hái)測量(liàng)流體在測量管中的高度(dù)而求得(dé)流通(tōng)面(miàn)積a,兩者相(xiàng)乘獲(huò)得流量。
　　非滿管電磁(cí)流量計由(yóu)兩部分(fèn)組成,一是安裝(zhuāng)在(zài)管道(dào)上的流量(liàng)傳感(gǎn)器,二是微處理(lǐ)器控(kòng)制的信号轉換器。
　　流量傳(chuán)感器是直接安(ān)裝在管(guǎn)道(dào)上的(de)同口徑(jìng)圓形暗(àn)渠,測量流速的(de)原理(lǐ)與(yǔ)傳(chuán)統電(diàn)磁流量計的基(jī)本相同,仍(réng)以法(fǎ)拉弟電(diàn)磁感應(yīng)定律(lǜ)測量流速v(見(jiàn)圖(tú)1)。

　　因傳感(gǎn)器具(jù)備測(cè)量儀(yí)表内液(yè)位的功(gōng)能,它的(de)電極、磁(cí)路和(hé)測量電路(lù)則與普通(tōng)電磁(cí)流量(liàng)計有較大(dà)差别(bié)。
　　電容式液(yè)位(wèi)測量系(xì)統的(de)電磁(cí)流量計,它(tā)測量(liàng)流速(sù)的一(yī)對電極(jí)不是安(ān)裝在測量管的(de)中心線(xiàn)處,而是(shì)安裝(zhuāng)在離(lí)測量(liàng)管底部0.1d高度,這樣當液位不低(dī)于0.1d時(shí)都可測出(chū)流(liú)速,而且(qiě)又避(bì)免了(le)測量管中沉澱(diàn)物給測量(liàng)帶來的(de)影(yǐng)響。

　　電(diàn)容液位(wèi)測(cè)量系統[2]如圖2所示,在(zài)測量管(guǎn)的襯裏(lǐ)背面安裝有一(yī)塊檢(jiǎn)測(cè)極和4塊(kuài)發射極(jí),被襯裏(lǐ)層完(wán)全(quán)覆蓋,與管内液體(tǐ)充分(fèn)絕緣。将高(gāo)頻電(diàn)壓引(yǐn)入發射極(jí),然後測(cè)出(chū)檢測(cè)極中的感(gǎn)應電(diàn)流。電極(jí)之(zhī)間的(de)電容c與流體的(de)高度h成一定的比例關系(xì),通過(guò)測量兩塊(kuài)金屬(shǔ)電極(jí)之間的電(diàn)容便可得(dé)知液(yè)位高(gāo)度。當測量(liàng)管内液(yè)位(wèi)高度(dù)确定後(hòu),便可計(jì)算出非滿管流(liú)量。之(zhī)所以(yǐ)将發(fā)射極(jí)分爲數(shù)片(piàn),是爲了提高測量精度。測量管底部(bù)的(de)發(fā)射極(jí)始終處在液面(miàn)之下(xià),可以作(zuò)爲(wèi)基準來修正不同液(yè)體的不同(tóng)電導率引(yǐn)起的偏移(yí)量。當管内(nèi)液體流速(sù)大于(yú)1m/s時,其(qí)測量(liàng)準确(què)率一般可達±1%fs。一般地,測量精度(dù)與介質流(liú)動性(xìng)和介(jiè)質(zhì)的(de)其(qí)他(tā)性質(zhì)如壓力、溫(wēn)度、黏度、密度、一(yī)緻性(xìng)、電導(dǎo)率和(hé)電極(jí)的污染等(děng)無關(guān)。
　　與傳(chuán)感器配套的帶有微(wēi)處理器的(de)信号(hào)轉換器,流速信(xìn)号和液位信号(hào)引入轉換器,可(kě)以進行流(liú)量的(de)計算、顯(xiǎn)示(shì)、累積等操(cāo)作,同(tóng)時可以輸出電流信(xìn)号或脈沖(chòng)信号(hào),接口可選(xuǎn)爲hart,smart或(huò)rs485。
　　信号轉(zhuǎn)換器與傳感(gǎn)器之間以專用(yòng)電纜連接(jiē),電纜的長度從(cóng)減少幹擾的可能性(xìng)來說越短(duǎn)越好(hǎo)。但現場受安裝環境、位置(zhì)的限制要考慮(lǜ)電纜的長度問(wèn)題,它(tā)受(shòu)以下3方(fāng)面的限制:介質(zhì)的電(diàn)導率、勵磁電纜的截面積(jī)、信号電纜(lǎn)的型号。
2　技(jì)術指标
量(liàng)程:35l/h～12000m3/h
精度:1%～2%fs
口(kǒu)徑範(fàn)圍:200～600mm
防(fáng)護(hù)等級:ip67,相(xiàng)當于nema6
流速範圍(wéi):1～10m/s
電導率:≥5μs/cm
工作溫(wēn)度:-5～+60℃
工作壓(yā)力:10bar
3　安(ān)裝與(yǔ)維護(hù)
　　非滿(mǎn)管電磁流(liú)量計(jì)的安裝與(yǔ)普通(tōng)型電磁(cí)流(liú)量計(jì)的安裝(zhuāng)要(yào)求基(jī)本相(xiàng)同。
(1)安(ān)裝地點和位置按需(xū)要确定,但電極軸必(bì)須水平。
(2)電(diàn)磁流量(liàng)計(jì)必須有良(liáng)好的接地(dì),以減少(shǎo)幹擾信(xìn)号引入。接地(dì)有(yǒu)兩方面的(de)要求(qiú),一是(shì)傳(chuán)感器與(yǔ)轉換(huàn)器的接地線必(bì)須與(yǔ)被測(cè)介質導(dǎo)通(tōng),二是(shì)要以(yǐ)大地爲零(líng)電位。
(3)爲(wèi)避免幹(gàn)擾信(xìn)号,傳感器(qì)與(yǔ)轉換器之間(jiān)的信号線必(bì)須(xū)采用專(zhuān)用(yòng)屏蔽(bì)導線,并(bìng)單獨穿(chuān)在接(jiē)地鋼管内(nèi),不能把信号電(diàn)纜和電源電纜安放在(zài)同一鋼管中。
(4)當流量計安裝在地下時(shí),需(xū)要設置儀表(biǎo)井。
(5)介(jiè)質流動不(bú)穩定(dìng)對測量值(zhí)并無影響,所以安裝(zhuāng)流量(liàng)計時對前後直(zhí)管段(duàn)并無特(tè)别(bié)要求(qiú)。
　　非滿管(guǎn)電(diàn)磁流量計(jì)的維護工(gōng)作量(liàng)很小,但是(shì)在運行一(yī)段時(shí)間以後,污水常(cháng)會在傳感器内壁積(jī)聚(jù)附着層(céng),應及(jí)時予(yǔ)以清除(chú),否(fǒu)則附着層(céng)電導(dǎo)率與流(liú)體(tǐ)電導率(lǜ)不一緻時,會導(dǎo)緻電極回路斷(duàn)路或短(duǎn)路,儀表不能正(zhèng)常工(gōng)作。因(yīn)此對(duì)于工業污(wū)水的(de)測量(liàng),在(zài) 流量計(jì) 選型(xíng)時最(zuì)好能保證流體流速(sù)在3～4m/s以上,這樣(yàng)可(kě)以在(zài)一定程度(dù)上起(qǐ)到(dào)自清掃(sǎo)管道(dào)、防止附着(zhe)層沉積的(de)作用。
4　應用(yòng)
　　非滿管電磁流量計作爲一種(zhǒng)新(xīn)型流量(liàng)儀表,具有(yǒu)無可(kě)替代(dài)的優勢。
從(cóng)外觀上看,非(fēi)滿(mǎn)管電磁流量計(jì)與普通(tōng)電(diàn)磁流(liú)量計(jì)并(bìng)沒(méi)有什(shí)麽不(bú)同,同樣具(jù)有不受流體參數影響、無(wú)可動部件、無(wú)阻流件(jiàn)、壓損極小(xiǎo)、無測量(liàng)滞後現象、線(xiàn)性輸出和範圍(wéi)度寬等優點。
　　非(fēi)滿管電(diàn)磁流量計的(de)測(cè)量通道(dào)是(shì)段光滑直管(guǎn),不會有阻(zǔ)塞現(xiàn)象,因(yīn)此(cǐ)特(tè)别适(shì)用于(yú)測(cè)量(liàng)含固體顆(kē)粒的液固(gù)二相(xiàng)流體(tǐ),如紙(zhǐ)漿、泥漿(jiāng)、污水等。安裝(zhuāng)非滿(mǎn)管電(diàn)磁流量計,其上遊不(bú)會(huì)擡高水位,因(yīn)此也(yě)不會(huì)帶來水頭(tóu)損失(shī)。
　　非滿管流(liú)量計(jì)的部件(jiàn)隻有一(yī)對電極,不(bú)存在停工檢修的問(wèn)題,流量管的irathane襯裏耐(nài)磨損(sǔn),抗腐蝕性(xìng)能(néng)好。
　　非滿管電磁流量計(jì)可測的管道内(nèi)液位爲截面(miàn)的10%～100%,其在非(fēi)滿(mǎn)管和(hé)滿管(guǎn)流量的情(qíng)況下均能保持(chí)良好的測量精(jīng)度,這是電磁流量計研(yán)發的突(tū)破。
　　在非滿(mǎn)管測(cè)量中,測量管内(nèi)液(yè)位(wèi)通常(cháng)會出現波動,這些(xiē)波動,特别是當其處在電(diàn)極(jí)的水平面(miàn)上時,能導(dǎo)緻傳感(gǎn)器(qì)輸出(chū)信号的波(bō)動。液(yè)位測(cè)量系(xì)統中(zhōng)包含的模糊邏(luó)輯和特别濾波電路很好地解(jiě)決了這個問題(tí),這就保證(zhèng)了流(liú)量計(jì)在(zài)介質流動不(bú)穩定或流(liú)量分布改(gǎi)變的(de)情況下仍(réng)具有穩定(dìng)的測(cè)量值(zhí)顯示。
　　由此可見,随着(zhe)環境治理(lǐ)力度的不(bú)斷加(jiā)大,非滿管流(liú)量(liàng)計在污水測量中的應用前景(jǐng)十分廣闊。但非(fēi)滿管電(diàn)磁流量(liàng)計也(yě)存在(zài)着一(yī)些目(mù)前尚(shàng)未完(wán)全解決的問題:
(1)非滿(mǎn)管電磁流(liú)量(liàng)計目前(qián)隻能(néng)用于圓(yuán)形管(guǎn)的流量(liàng)測量(liàng)。
(2)污水(shuǐ)治理(lǐ)單位收取(qǔ)的污水處(chù)理費(fèi)常數(shù)倍甚至十(shí)餘倍潔淨生(shēng)活(huó)和工業(yè)用水的(de)價格,非(fēi)滿管電磁流量計(jì)測量(liàng)精度雖然(rán)與傳統槽(cáo)式(shì)流量計(jì)相比大有提高,但如(rú)果(guǒ)作爲貿易結算,儀表精度仍(réng)有待進一(yī)步提高。
(3)由(yóu)于國(guó)内尚無非滿管(guǎn)電磁流量計生産,國外廠商及其代理(lǐ)要(yào)價甚(shèn)高,爲傳統(tǒng)儀表(biǎo)的2～3倍以上,這給(gěi)非滿管(guǎn)電(diàn)磁流(liú)量計(jì)的普(pǔ)及帶來了一定的難(nán)度。

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