【摘要】介紹(shào)了新型電(diàn)磁流(liú)量計 的工作(zuò)原理和系統(tǒng)組成(chéng)。并結(jié)合污水處理工(gōng)藝将(jiāng)電磁流量計與(yǔ)其他(tā)流(liú)量計進(jìn)行分(fèn)析比(bǐ)較,從理論(lùn)和實踐上闡述電磁(cí)流量計在工(gōng)業污水(shuǐ)處理環節流量(liàng)測(cè)量的(de)優勢。
1電(diàn)磁流(liú)量計(jì)工作原理和測(cè)量系(xì)統組成(chéng)
1.1工(gōng)作原(yuán)理
　　電(diàn)磁流量計(jì)的工作原理是(shì)基于法(fǎ)拉第電磁感應定(dìng)律。被(bèi)測介質(zhì)垂直于(yú)磁力線方向流(liú)動,因(yīn)而在與介(jiè)質流動和(hé)磁力(lì)線都(dōu)垂直的方(fāng)向上産生一感應電(diàn)動勢ex,
ex=bdv×10-4
式中(zhōng):b爲磁感(gǎn)應(yīng)強度,t;d爲兩電(diàn)極間(jiān)的(de)距離,mm;
v爲被測介(jiè)質的平(píng)均流速(sù),m/s;ex爲電(diàn)動勢(shì),v.
被測介(jiè)質的流量q與(yǔ)d和v有關

式中:q爲被測(cè)介(jiè)質的流(liú)量,m3/s;v爲(wèi)被測介質的平(píng)均流速,m/s;d爲(wèi)流量計的(de)通流(liú)截面(miàn)直徑,m;a爲流量計(jì)的有效作用面(miàn)積,m2.
由上式(shì)得:
ex=bdq×10-4/a
當(dāng)磁場強度(dù)b與兩極(jí)間(jiān)距離(lí)d一定時,則(zé):
ex=k°q
k=bd×10-4/a=常數(shù)
　　由此(cǐ)可(kě)見,感應(yīng)電動(dòng)勢ex與(yǔ)被測(cè)介質(zhì)流量(liàng)q成正比。流量q不受流體的溫度、壓(yā)力(lì)、密度、電導率變(biàn)化的影響(xiǎng),具有(yǒu)很大(dà)的(de)優(yōu)越性(xìng)。測量系統的變(biàn)送器輸(shū)出(chū)ex是一(yī)個微(wēi)弱的交變(biàn)信号,其中(zhōng)包含(hán)各種(zhǒng)幹擾成分(fèn),且(qiě)信(xìn)号内阻變(biàn)化高達幾(jǐ)萬歐姆,因此要(yào)求轉(zhuǎn)換器(qì)是(shì)一個高(gāo)輸入(rù)阻(zǔ)抗,且能(néng)抑制(zhì)各(gè)種(zhǒng)幹擾(rǎo)成分(fèn)的交流毫伏轉(zhuǎn)換器(qì)。将感(gǎn)應電動(dòng)勢轉換(huàn)成4～20madc的(de)統一信号。轉(zhuǎn)換器有(yǒu)高輸入阻抗差動(dòng)放大器(qì)、主(zhǔ)放(fàng)大器(qì)、正交(jiāo)幹擾抑制(zhì)器、相敏檢波器(qì)、直流放大(dà)器、霍(huò)爾乘(chéng)法(fǎ)器(qì)等組(zǔ)成,最後輸出電(diàn)流爲:
io=k°q(ma)
式中:k爲儀(yí)表常數;q爲被測(cè)流量(liàng)。
2.2測(cè)量系統(tǒng)的組成
　　電磁流(liú)量計經(jīng)曆(lì)了直流勵(lì)磁、工頻交流勵磁、低頻矩(jǔ)形波勵磁等階(jiē)段。70、80年(nián)代(dài)國(guó)内(nèi)使(shǐ)用較(jiào)多的工頻(pín)交流勵磁(cí)因存(cún)在電磁感應、靜(jìng)電(diàn)耦合等難以(yǐ)消除(chú)的工頻(pín)幹擾,零點穩定性差、可靠(kào)性差等(děng)缺點已較少采(cǎi)用。目前選型設(shè)計時采用低頻幹擾(1/4～1/32)矩形(xíng)波勵(lì)磁,它改(gǎi)變了工頻幹(gàn)擾的形态(tài)特征,利(lì)用(yòng)工頻(pín)同步采樣(yàng)、動态(tài)校零等(děng)技(jì)術提(tí)高了(le)抗(kàng)幹擾能(néng)力和(hé)零點穩定性。對于像工業(yè)污水一樣電導(dǎo)率較低的(de)對象(xiàng),宜采用有雙頻(pín)矩形波(bō)(高頻爲(wèi)75hz的矩形(xíng)波,外包(bāo)絡是(shì)1/8工頻的矩(jǔ)形波)勵磁(cí)技術(shù)的産品(pǐn)。
　　測(cè)量系(xì)統由測(cè)量(liàng)管路、勵磁(cí)線圈(quān)、測量(liàng)電極、信号轉換(huàn)器等(děng)組成。它的(de)勵磁(cí)方(fāng)式(shì)與傳(chuán)統的(de)直流勵磁(cí)方式和交(jiāo)流正弦波勵(lì)磁方式(shì)均不同。流(liú)量計(jì)中的磁場是通(tōng)過由信(xìn)号轉換(huàn)器(qì)供給(gěi)的(de)正、負(fù)交替變化(huà)矩(jǔ)形波電(diàn)流,送到勵(lì)磁線(xiàn)圈(quān)産生的(de),它克服了直流勵磁(cí)方(fāng)式易在(zài)電極(jí)部分産生(shēng)極化作(zuò)用,和交流勵(lì)磁(cí)由于電(diàn)極、流體、電極形成的閉路及交(jiāo)變磁場(chǎng)的時間變動(dòng),引起(qǐ)正比(bǐ)的電(diàn)磁感(gǎn)應電(diàn)壓。在兩個(gè)檢測(cè)電(diàn)極之間,産生(shēng)正負(fù)交替變化(huà)的流量信(xìn)号電壓,與(yǔ)矩形波勵(lì)磁電流的(de)頻率(lǜ)相(xiàng)等。
　　對于由磁(cí)場強(qiáng)度變化産生的電磁(cí)幹擾電壓(yā),采(cǎi)取把衰(shuāi)減時(shí)的(de)電動勢(shì)做采樣處(chù)理方(fāng)法取出對(duì)應(yīng)流(liú)量信号。在(zài)磁場(chǎng)電流(liú)達到它的(de)穩定(dìng)值時,進行采樣處理。因此(cǐ),通常(cháng)的幹(gàn)擾電壓都(dōu)能(néng)被消除(chú)。
　　在測量系統中還采(cǎi)用(yòng)了智能(néng)化設計。信(xìn)号轉(zhuǎn)換器(qì)由5個功能(néng)塊組(zǔ)成(chéng)。功能塊1由輸(shū)入(rù)前置放(fàng)大器、高分辨率(lǜ)a/d轉換器和(hé)一個(gè)控制(zhì)和(hé)監視的微處(chù)理器(up01)組成;功能塊2是(shì)由功能塊的(de)電(diàn)子裝置控制的(de),給流(liú)量計(jì)勵磁線(xiàn)圈(quān)周期性的(de)産生(shēng)勵磁電流(liú)的裝(zhuāng)置;功能塊3由7位(wèi)lcd液晶顯示器、eeprom、ksa集(jí)成電(diàn)路、微(wēi)處理(lǐ)器和3個爲了輸入操(cāo)作(zuò)參(cān)數的(de)按鍵組成。由up01測(cè)定(dìng)的與輸入操作參數和校準(zhǔn)值有關(guān)的(de)數字(zì)值,經up02計(jì)算後,其值通過科隆公司研制的ksa作爲(wèi)流量比例(lì)信号,經光電(diàn)耦(ǒu)合器(qì)到輸出驅動器(qì),正負(fù)計數的流(liú)量累積(jī)值和滿(mǎn)刻度範(fàn)圍(wéi)0%～100%的瞬時流量值可在7位lcd液晶顯示。在(zài)電源故障停電後,最(zuì)後的計數(shù)器讀數可(kě)永久(jiǔ)地儲(chǔ)存在e2prom中。功(gōng)能塊4把(bǎ)數字信(xìn)号轉(zhuǎn)換成4～20ma的電(diàn)流輸出信号;功(gōng)能塊(kuài)5能驅動電(diàn)子計數器或電(diàn)動機(jī)械(xiè)計數器(qì)。
3電磁流量(liàng)計的(de)應用(yòng)實例(lì)
　　某冶(yě)煉廠在生産(chǎn)中(zhōng),由于生(shēng)産(chǎn)工藝的需要(yào),會(huì)産生大量(liàng)的工(gōng)業污水,在(zài)污水處理(lǐ)分廠必須對污(wū)水的流量(liàng)進行(háng)監控(kòng)。在(zài)以往的(de)設計(jì)中,流量儀表不(bú)少都選用(yòng)旋渦流量(liàng)計和 孔闆流量計 。而實際(jì)應用中發現測量的流量(liàng)顯示值(zhí)與實際(jì)流量偏差(chà)較大(dà)。究其原(yuán)因,上述(shù)兩種(zhǒng)流量計都(dōu)不能滿足實際(jì)的(de)需要。
　　 旋(xuán)渦流(liú)量計(jì) 的工作原理是在(zài)管(guǎn)道中(zhōng)插入一(yī)個旋渦(wō)發生(shēng)體。當管道(dào)中(zhōng)的流體(tǐ)流過(guò)旋渦(wō)發生體時(shí),在旋(xuán)渦發生體的後方和兩側會交替地産生有(yǒu)規(guī)律的卡門(mén)旋渦列。理(lǐ)論和(hé)實踐證明,旋渦(wō)分離(lí)頻(pín)率f與管(guǎn)内流(liú)體流速v成(chéng)正比(bǐ),其關系式(shì)爲:
f=k °v/d
式(shì)中:k爲斯特勞哈爾系數;d爲旋渦(wō)發(fā)生體迎(yíng)流體面寬(kuān)度。
　　因(yīn)此,隻要設法測(cè)出旋(xuán)渦分(fèn)離頻(pín)率f就可以(yǐ)知道(dào)流體(tǐ)的流(liú)速v,從(cóng)而可以求(qiú)出流(liú)體的流量。旋渦(wō)分離頻率可以(yǐ)用多(duō)種(zhǒng)方(fāng)式測(cè)量,例(lì)如應力式(shì)、差動電容(róng)式等。
　　從旋渦流(liú)量計(jì)的工作原(yuán)理可(kě)以看出:旋渦流量計(jì)不(bú)宜用于測污(wū)水的流量(liàng)。這是因爲(wèi)在測量較髒的流(liú)體(tǐ)時,旋渦發(fā)生體的表面會有大(dà)量的附着(zhe)物,會使旋(xuán)渦發生體(tǐ)迎流體面寬度d發生變(biàn)化,這樣(yàng)就會使得旋渦(wō)分離頻率減小,使(shǐ)得(dé)求(qiú)出的流(liú)體流速v減(jiǎn)小,使(shǐ)得測量(liàng)值比實際流量值小。
　　孔闆流量計是早期大量使用的(de)一種測(cè)量流量的計(jì)量裝置。它(tā)的工作原理是在流(liú)體管(guǎn)道中(zhōng)加(jiā)入一孔闆節(jiē)流件,通過導壓(yā)管引入差壓變(biàn)送器測出節流(liú)件上、下遊(yóu)的壓差(chà),根據所測的(de)壓差經過計算(suàn)即得(dé)出流(liú)量的瞬時(shí)值(zhí)。由于導壓管(guǎn)内水的不(bú)流動性,在(zài)較寒(hán)冷地區,冬天室(shì)外安裝的(de)孔闆(pǎn)取壓管容易凍(dòng)裂(凍住),使差壓儀器(qì)無(wú)法正常(cháng)工作。測量較髒的污水時,孔闆(pǎn)需經常清(qīng)洗。如(rú)清洗(xǐ)不及時,測(cè)量精度降低,取(qǔ)壓管經(jīng)常被污(wū)物堵死(sǐ),儀(yí)表無法使用(yòng)。用孔闆的方(fāng)式測(cè)流量時還(hái)有壓力損(sǔn)失大(dà)、維護量大(dà)等缺點。
　　根據工(gōng)業污水具(jù)有流(liú)量變(biàn)化(huà)大、雜質(zhì)、腐蝕(shí)性小、有一(yī)定的導(dǎo)電能(néng)力(lì)等特(tè)性,在測量(liàng)工業污水(shuǐ)的流(liú)量時,電磁流量(liàng)計(jì)是(shì)一個很好(hǎo)的選擇。可(kě)選用(yòng)氯丁(dīng)橡(xiàng)膠襯裏(lǐ),含钼不(bú)鏽鋼(ocr18ni12mo2ti)電(diàn)極的(de)電磁流量(liàng)計(jì),即可(kě)滿足工(gōng)業污水流量測量的要求。
4結束(shù)語
　　流量測量儀(yí)表受(shòu)到衆(zhōng)多因素,如:管(guǎn)道、口徑(jìng)大小、形狀(圓形(xíng)、矩形)、介質的物(wù)性(溫(wēn)度、壓(yā)力、密(mì)度、粘(zhān)度、髒污性(xìng)、腐蝕性等(děng)),流體的流動(dòng)狀(zhuàng)态(紊(wěn)流狀态、速(sù)度分(fèn)布等(děng)),以及安裝(zhuāng)條件與水平的影響。而且(qiě)工業(yè)污水的狀态(tài)(流态、流速等(děng))時刻在變化(huà),如(rú)果選(xuǎn)擇流量計不合(hé)适,将使測(cè)量結果出(chū)現很大的偏差。經過(guò)理論(lùn)和實(shí)踐的檢驗,電磁(cí)流量計在(zài)污(wū)水流量測量(liàng)中有(yǒu)着(zhe)很大的優勢(shì),目前應用(yòng)得越來越(yuè)廣泛(fàn)。

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