提要：爲(wèi)解決大口徑管道工業用水計(jì)量間題,在使用(yòng)認證(zhèng)和(hé)科學鑒(jiàn)定荃礎上(shàng).選定電磁流量計 作(zuò)爲計量表計。本(běn)文介紹電磁流橄計(jì)的(de)工作原(yuán)理和安裝(zhuāng)使用(yòng)中應注(zhù)意的問(wèn)題,介(jiè)紹了該公(gōng)司開展工業水(shuǐ)計量(liàng)工作後所(suǒ)取得的顯(xiǎn)著經(jīng)濟效(xiào)益。
　　采(cǎi)用地(dì)下大口(kǒu)徑鑄鐵(tiě)管道(dào)環路供水(shuǐ),水質較好(hǎo),電導(dǎo)率較低,但水中(zhōng)含有漂浮物及(jí)水生物,如塑料袋、水草、小魚、菜(cài)葉等(děng)。如何解決(jué)大口(kǒu)徑管(guǎn)道工(gōng)業用水(shuǐ)的計(jì)量(liàng)問題,是一(yī)個長(zhǎng)期困擾(rǎo)公司計控人(rén)員(yuán)的一大難題,經過慎重(zhòng)的探(tàn)讨和論證(zhèng),認爲可在速度(dù)式流量儀表中(zhōng),選擇(zé)出比較适(shì)合的計量用表。由此,先後(hòu)在(zài)不(bú)同的大(dà)口(kǒu)徑工業用水管路上(shàng)安裝了 超(chāo)聲波流量(liàng)計 、 渦街流(liú)量計 、電磁流量(liàng)計等儀表(biǎo),以期(qī)實現這(zhè)一目的(de)。
1流量(liàng)計的選擇(zé)
　　由于大(dà)口(kǒu)徑管(guǎn)道水中漂浮(fú)物(wù)、水生物(wù)和所用鑄鐵管的影響(xiǎng),超聲(shēng)流(liú)量(liàng)計、渦(wō)街流(liú)量計不适(shì)用。如氟化廠管(guǎn)道上安裝(zhuāng)的超(chāo)聲波流(liú)量(liàng)計,由于外界因(yīn)素和(hé)流體(tǐ)中(zhōng)漂(piāo)浮物的幹擾,一直(zhí)無(wú)法正(zhèng)常(cháng)運行;錦綸廠管道上安(ān)裝的(de)渦街(jiē)流量(liàng)計,由(yóu)于(yú)流體中(zhōng)的水草、塑料袋(dài)等的(de)影(yǐng)響,使旋(xuán)渦發生(shēng)體的下(xià)方形不成渦街(jiē),緻使流(liú)量計無(wú)法工作。而在制藥廠(chǎng)、合成(chéng)氨廠(chǎng)尿素車間工業用水(shuǐ)管道上安裝的電(diàn)磁流量(liàng)計,獲得(dé)了滿意的測量效果。由(yóu)此認爲電磁流量計是目前解(jiě)決我公司大口(kǒu)徑管(guǎn)道(dào)工業(yè)用水計量間題較爲理想的表計(jì)。
2電磁流(liú)量計
　　電磁流量計是應(yīng)用法拉(lā)第電磁(cí)感應(yīng)原理(lǐ)制成的測量導電介質體積流量的(de)新型感(gǎn)應式流(liú)量測(cè)量儀表。它(tā)具有壓力(lì)損失(shī)小,儀表線性度(dù)較好(hǎo),不(bú)受(shòu)被測液(yè)體的(de)溫(wēn)度、壓(yā)力、粘度等影響(xiǎng),可測量(liàng)含雜質(zhì)液體,量程(chéng)寬,對同一(yī)台儀表來(lái)說,其量程比可(kě)達1:100,口徑大(dà),反應(yīng)靈敏(mǐn),耐腐蝕,壽命長(zhǎng)等顯著特(tè)點。
它(tā)的(de)不(bú)足之處是(shì):
(1)隻(zhī)能測量(liàng)具有一定(dìng)導電(diàn)性的液體(tǐ),要求(qiú)被測介質的電導率(lǜ)在10一1一10“5材cm之間(jiān),相當于蒸(zhēng)餾水(shuǐ)的電導率。
(2)不能(néng)測量高溫高壓(yā)流體(測量(liàng)管的絕緣襯裏(lǐ)材(cái)料受(shòu)溫度的(de)限制造(zào)成(chéng))。
(3)受流(liú)速分布(bù)影響,在(zài)流速(sù)軸對稱分(fèn)布的(de)情況下,流(liú)量信号與平均流速成正(zhèng)比,如(rú)破壞了流(liú)速的(de)軸對稱分布,将(jiāng)産生(shēng)誤差,因此需在(zài)其前後有(yǒu)一定長(zhǎng)度(dù)的直管段。
(4)易受(shòu)外界電磁幹擾(rǎo)。
2.1基本(běn)原理
　　在磁(cí)感應(yīng)強度爲(wèi)b的均勻(yún)磁場中,垂直于(yú)磁場方向(xiàng)放一(yī)内徑爲d的不導磁管(guǎn)道,當導電(diàn)液體(tǐ)在管道内(nèi)以速度v流動時,液體(tǐ)切割磁力(lì)線,若在管(guǎn)道截(jié)面上(shàng)垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端(duān)安裝一(yī)對電極(jí),隻要管(guǎn)道内流(liú)體流(liú)速(sù)分布爲(wèi)軸對稱,則兩電極之間産生感(gǎn)應電動(dòng)勢(shì)e,根據(jù)法拉(lā)第電磁感應原(yuán)理:
e=bd`u·······················(1)
則體積(jī)流量爲·······················(2)
兩式中(zhōng):e一感應電動勢(shì)(v)
b—磁感應強(qiáng)度(wb/m2)
d一管道内徑(m)
`u 一流體平(píng)均流速(m/s)
qv—流(liú)體體(tǐ)積流(liú)量(m3/h)
要(yào)使式(2)嚴格成立(lì),必須使測量條(tiáo)件滿足于:
(l)磁場是均勻分布的(de)恒定(dìng)磁場
(2)被測流體的(de)流(liú)速爲(wèi)軸對(duì)稱分布
(3)被測液體是(shì)非磁性的,電導率均(jun1)勻且(qiě)各向同性(xìng)
2.2測量系統組成(chéng)
　　基本系統(tǒng)由傳(chuán)感器(qì)(變送器、檢(jiǎn)測器(qì))和(hé)轉換器(qì)兩部分組(zǔ)成,僅(jǐn)完成流量(liàng)的檢(jiǎn)測,在基本(běn)系統後加裝流量積(jī)算器,可實現累(lèi)積流量的功能,如若接入計算(suàn)機系統,則不僅可顯示瞬時流(liú)量、累積流量、日(rì)期、時(shí)間等功能(néng),還具有開(kāi)方比(bǐ)例積算器(qì)和定(dìng)值輸出等(děng)功能(néng),可完(wán)成(chéng)打印、通(tōng)訊和聯網,實現自動(dòng)控制(zhì)。
　　傳感(gǎn)器有管道式、潛(qián)水式(shì)、插入式三種形(xíng)式(shì)。當(dāng)采用(yòng)帶壓(yā)開孔、帶壓(yā)安裝技術後,可(kě)在不(bú)停車(停水(shuǐ))的情(qíng)況下(xià)安裝(zhuāng),也可在(zài)鑄(zhù)鐵管(guǎn)上安裝, 插入式(shì)電(diàn)磁流量計 爲(wèi)大口徑管(guǎn)道流體流量的測量提供了(le)一種新的方式,并具有(yǒu)安裝優勢和價(jià)格優(yōu)勢。
3電磁(cí)流(liú)量計誤差(chà)來源的初(chū)步分析
3.1非(fēi)軸對稱(chēng)流(liú)動引起的(de)誤差
　　流體(tǐ)在管内流速爲軸對稱(chēng)分(fèn)布時(shí),流量計電極上(shàng)所産(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小(xiǎo)與流體(tǐ)的流動(dòng)狀态無關(guān),與流(liú)體的(de)平(píng)均流速成正比。每個流(liú)動質點相對于(yú)電極幾何(hé)位置的不(bú)同,對電極(jí)所産生的(de)感應電動勢(shì)e的貢獻(xiàn)也(yě)不同,愈靠近(jìn)電極(jí)的質點(diǎn)、速(sù)度越大的(de)質點(diǎn),對e的貢獻越大,因此必須保證(zhèng)流體的流速爲(wèi)軸對稱。
　　當(dāng)管(guǎn)道(dào)未充(chōng)滿流(liú)體或(huò)由于閥(fá)門(mén)、彎頭、三通接頭的影(yǐng)響(xiǎng),管路(lù)内流體将産(chǎn)生(shēng)遊渦流(liú),直接破(pò)壞(huài)流體流速的軸對稱(chēng)分布。根(gēn)據理論(lùn)分析,由于流速(sù)分布和渦(wō)流的(de)影響(xiǎng),流量計上(shàng)遊直管段應有(yǒu)一定的(de)長度,按(àn)附加(jiā)誤差不影(yǐng)響流(liú)量計精度(dù)(約0.5%)的原(yuán)則(zé),其上(shàng)遊直管段長度(dù)應爲5d,下遊直管段一般可(kě)取2d。
3.2電(diàn)導率對(duì)測量誤差的影響(xiǎng)
　　電導率的(de)降(jiàng)低(dī),将增加檢測器的輸出阻抗,并且因(yīn)轉換(huàn)器輸入阻(zǔ)抗引起的(de)負載(zǎi)效應而産生誤(wù)差,同時(shí),将增加(jiā)靜電感應(yīng)的噪(zào)聲,降低流量(liàng)計的信噪比。電導(dǎo)率高于10-1s/cm時,也會降低(dī)流量信号(hào),改變指(zhǐ)示值。
　　檢測器的輸出阻抗決(jué)定轉換器(qì)的輸入(rù)阻抗的(de)大小。檢測器的輸出(chū)阻抗由流(liú)體的電導率和(hé)電極(jí)的大(dà)小所(suǒ)支配。
　　當直徑爲dl(m)的圓闆電極與電導(dǎo)率爲s(s/m)的半無限展寬的流體接觸時(shí),其展寬電阻爲1/2sdl（Ω）。因此(cǐ),如管道直(zhí)徑d》dl.則(zé)檢測器的輸出(chū)阻抗爲兩個展(zhǎn)寬電阻之(zhī)和,即(jí)等于1/sdl。
　　取流體電(diàn)導率(lǜ)的(de)下限爲(wèi)5~20μs/cm,電極(jí)直徑(jìng)爲0.5cm,則(zé)檢測(cè)器的輸出(chū)阻抗爲400~100kΩ,爲将輸(shū)出阻抗的(de)影響(xiǎng)控制在0.1%以下,轉換器(qì)的輸(shū)入阻(zǔ)抗應是40omΩ。
　　自(zì)來(lái)水、原水(shuǐ)的(de)電導率約在15~500μs之間(jiān),大于電磁(cí)流量計電導率要求5μs/cm的最低值,能滿足水計量用(yòng)表(biǎo)的要求。
3.3信号傳輸電(diàn)纜的影響(xiǎng)
　　檢測器與轉換(huàn)器間(jiān)的距離應(yīng)盡量(liàng)縮短(duǎn),使兩者盡(jìn)可能(néng)靠近(jìn),檢測器與轉(zhuǎn)換器之間的距離由信(xìn)号分布電容和(hé)被測(cè)液體(tǐ)的電(diàn)導率所(suǒ)決(jué)定。電(diàn)導率與電(diàn)纜長(zhǎng)度(dù)的(de)關系見下(xià)圖。

　　實(shí)際(jì)使用中(zhōng)信号傳輸電纜(lǎn)的電容影響:當(dāng)檢測(cè)器(qì)與轉換(huàn)器(qì)之間(jiān)的電纜(lǎn)長度超過30m時,由(yóu)電纜電容(róng)引起的負載效(xiào)應就(jiù)成爲(wèi)一(yī)個問題(tí),這時可使用雙(shuāng)芯雙層屏蔽電(diàn)纜,用(yòng)低阻(zǔ)抗的(de)電壓源對(duì)内側屏蔽層加以與(yǔ)芯線相(xiàng)同的電(diàn)壓,以形成(chéng)屏蔽,使兩者之間無電流通(tōng)過,從而(ér)可避免電纜的(de)負載效應的存(cún)在,信(xìn)号電(diàn)纜的(de)長度可延(yán)長到(dào)3o0m左右(yòu)。
3.4電極表面污染(rǎn)的影響
　　在(zài)測量有附(fù)着沉(chén)澱物的流體時(shí),電極表面(miàn)将受到污染(rǎn),常(cháng)常引(yǐn)起零(líng)點漂移,零點(diǎn)變(biàn)化和電極(jí)污染程度(dù)兩者(zhě)之間的關(guān)系複(fú)雜,但可以(yǐ)說,電極直徑越小,所(suǒ)受影響也(yě)越小(xiǎo),在使用中,應注(zhù)意電極的定期(qī)清洗(xǐ),現已有亂(luàn)闆式電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計,可有效(xiào)地解(jiě)決這一(yī)問(wèn)題。
3.5勵(lì)磁方式的(de)影響(xiǎng)
　　現電磁流(liú)量計大都采用了恒(héng)定(dìng)電流的低頻(pín)方波勵磁方式(shì),用開關(guān)回(huí)路把(bǎ)直流恒(héng)流(liú)回路(lù)的輸出電(diàn)流周期性(xìng)地交(jiāo)換極(jí)性,産生方(fāng)波勵(lì)磁電(diàn)流。勵(lì)磁電流的極(jí)性轉換(huàn)周期(qī)選擇爲工業交流電周期(qī)的偶(ǒu)數倍,這樣(yàng)可消除工(gōng)業頻(pín)率的噪(zào)聲,排除了交(jiāo)流(liú)磁場的(de)電渦(wō)流和(hé)直流(liú)磁場的極(jí)化幹(gàn)擾,使得精度可(kě)達到(dào)0.5%以(yǐ)上。
3.6安裝的影響
　　配置和(hé)配管的基本條(tiáo)件是:檢(jiǎn)測器内(nèi)應充滿被測介(jiè)質流體,避免氣(qì)泡在(zài)電極上的(de)附着,避免(miǎn)沉澱(diàn)和襯裏(lǐ)的(de)局部(bù)磨損(sǔn)。
　　電極檢測出的(de)信(xìn)号(hào)是以檢測(cè)器(qì)内液體電位爲基準的(de),僅有數mv的微小(xiǎo)交流電(diàn)勢。爲了使液(yè)體(tǐ)電(diàn)位穩定并使變送器(qì)與流體保持等(děng)電位,以(yǐ)保(bǎo)證穩定地(dì)進行(háng)測量(liàng),檢測(cè)器、轉(zhuǎn)換器和金屬管兩段(duàn),均應(yīng)有良好的(de)接地。良好的接(jiē)地可(kě)保證(zhèng)流量(liàng)計的準确工作(zuò),排除其它不相(xiàng)關的(de)幹擾電波(bō)。但應注(zhù)意要(yào)采用同一點接地(dì),并不(bú)得與其它(tā)電器設備共用接地線(xiàn)。接地電(diàn)阻應小于(yú)10n,安裝時還應避開具(jù)有強磁場的設(shè)備和(hé)環(huán)境溫度過高(gāo)的地方。
3.7液(yè)體流動狀态和平均(jun1)流速(sù)的影(yǐng)響
(1)層流(liú)和紊流(liú)
　　由流(liú)體力學中的(de)雷諾實(shí)檢可知,在平直圓管(guǎn)中,流體流動的(de)類型可分爲層(céng)流(滞流)與(yǔ)紊流(liú)(湍流(liú))兩大類,用(yòng)雷諾數re大小(xiǎo)來(lái)加以區(qū)别(bié)。當re≤2000時(shí),爲層流;re≥4000時,爲紊(wěn)流;re=2000~4000之(zhī)間(jiān)時,可能(néng)是層流,也(yě)可能(néng)是紊流,一般稱(chēng)爲過(guò)渡流(liú)。

流體處于紊流時,在(zài)半徑方(fāng)向(xiàng)上距管路(lù)中心軸線(xiàn)rx處的(de)最大(dà)流速(sù)ux用下式計算:

(3)、（4）兩式中：
ux—距管(guǎn)路中心軸線xr處的最(zuì)大流(liú)速(m八)
umax—管路(lù)中心軸(zhóu)線處的最大流速(sù)(m/s)
rx—管壁(bì)内側(cè)距(jù)管中心(xīn)軸線處(chù)x點的距離(m)
r—管(guǎn)道的半徑(jìng)(m)
n—與雷諾數(shù)有(yǒu)關的尼庫拉(lā)茲(nikuradse)系(xì)數。
　　層流時,由式3可知,流速變化(huà)爲(wèi)抛物線分布(bù),在管(guǎn)路中心軸(zhóu)線處達到最大(dà)umax,即使re值發(fā)生變(biàn)化,流(liú)速分布狀态也不(bú)改變,(見(jiàn)圖a)。紊流時,由式(shì)4可知,其流(liú)速分(fèn)布在管(guǎn)路内壁(bì)的近(jìn)旁比(bǐ)層流(liú)時的流(liú)速大,流(liú)速分(fèn)布形狀随(suí)雷諾數變化而發生(shēng)改變,見(圖(tú)b)。

①流體常用流速範(fàn)圍(wéi)與雷諾數關系見表1。
以(yǐ)水(shuǐ)爲例:取p=1000kg/m3
Μ=101×10-5n×s/ m3
②平均速度(dù)點
根據(jù)尼庫拉(lā)茲(zī)(nikuardse)算式(shì),當流(liú)體(tǐ)處(chù)于湍(tuān)流狀态(tài)時:

上表(biǎo)中:管道中(zhōng)流體(tǐ)處于紊(wěn)流狀态


雷諾(nuò)數與尼庫(kù)拉茲(zī)系數的關系見表2。

當n=7.0時rx=0.24228r即(jí)r=0.12ld
n=9.9時(shí)xr=0.23682r即(jí)r=0.118n
d爲管(guǎn)道内(nèi)徑,則xr≈0.12d
結論:當管(guǎn)道中心處(chù)的流(liú)體處(chù)于紊(wěn)流狀(zhuàng)态時(shí),在(zài)離管内壁0.12d處(chù)的速度可(kě)表示(shì)爲平均速(sù)度,在(zài)2.56×10-4≤re≤3.07×106時,誤(wù)差小(xiǎo)于1.14%(即同一儀表(biǎo)在量(liàng)程比可高(gāo)達(dá)1:100時)。同(tóng)時(shí)也得出了(le)儀表(biǎo)電極(jí)的插入深度。由(5)可以很(hěn)方便的(de)得出插入(rù)深度對測(cè)量所造成(chéng)的誤差。
4經濟效(xiào)益
　　電(diàn)磁流(liú)量計的采用(yòng),對水資源管理起到了較大的作(zuò)用,取(qǔ)得了明(míng)顯的經(jīng)濟效(xiào)益。可以相(xiàng)信,随着(zhe)科學技術的(de)不斷進步,電磁流量計生(shēng)産水平的不(bú)斷提高,性能的不(bú)斷完善,其應用(yòng)範圍必将更爲(wèi)廣泛。

以上内容(róng)來源(yuán)于網(wǎng)絡，如有侵權請(qǐng)聯系(xì)即删除(chú)!