摘要(yào):環境保護是(shi)我國的基本(běn)國策之一,工(gōng)業污水的計(ji)量越來‼️越引(yǐn)起重視。介紹(shào)了一種專爲(wei)非滿管狀态(tai)下的📧流量測(ce)量而設計的(de)流量計,簡單(dan)介紹了非滿(man)管電磁流量(liang)計 的測量原(yuán)理,着重描述(shu)了其獨特的(de)電容液位測(cè)量系🔞統,分析(xī)了㊙️非滿管電(diàn)磁流量計在(zài)污水測量應(ying)用🏒中的🈲特點(diǎn)♻️及優⚽勢。
0　引言(yán)
　　環境保護已(yi)經成爲我國(guo)經濟持續發(fa)展的基本國(guo)策,在國家環(huan)境保護政策(cè)推動下,企業(yè)對環保工作(zuo)越來越予以(yǐ)重視,生産過(guo)程中産生的(de)污水要嚴格(gé)控制其排放(fang)量,爲此要💞求(qiu)安裝🏃‍♂️流量計(jì)來計量污水(shuǐ)排放量。
　　工業(ye)排水的流體(ti)流動都是自(zì)然流動,流量(liang)大,非滿管并(bing)且具🔞有自由(yóu)水面,正确地(di)進行測量有(you)一定的難度(dù)🔞。以前👄多采用(yòng)傳統槽式流(liú)量計,不僅精(jing)度較低❓,而且(qiě)帶🌏來較大的(de)水流損失,同(tong)時對上遊渠(qú)道的坡度及(ji)下遊🈲水深也(yě)均有一定的(de)要求,當不📐能(neng)滿足條🈲件時(shi)測量精度會(hui)降低,有時甚(shen)至無法進行(háng)測量。如果用(yòng)電磁流♌量計(jì)來測量污水(shuǐ),則需要建造(zao)額外的閘闆(pǎn)和堰闆以保(bǎo)證滿管,這些(xie)附加🤟的安裝(zhuang)費用經常會(huì)超出流量計(jì)本身的費用(yong),大口徑管道(dao)時更是如此(ci),而且還增加(jiā)了管💛道堵塞(sai)☔的可能性。随(suí)着測量技術(shu)的不斷發展(zhǎn)💘,目前電👄磁和(hé)超聲波技術(shù)都能對非滿(mǎn)管流體流量(liang)進行測量。
1　測(ce)量原理
　　 電磁(cí)流量計 是20世(shì)紀50～60年代随着(zhe)電子技術的(de)發展而迅速(sù)發展起❄️來的(de)新💚型☁️流量儀(yí)表,由于其獨(du)特的優點,廣(guǎng)泛應用于工(gōng)業過程中✔️各(gè)種❓導電🈲液體(tǐ)的流量測量(liang),在目前使用(yong)的各類流量(liang)計中,其銷量(liàng)僅次于 孔闆(pǎn)流量計 ,位居(ju)第2位。
　　電磁流(liu)量計是根據(ju)法拉第電磁(ci)感應定律制(zhì)成的,其測♈量(liang)原🈲理✍️如下:當(dāng)導電的被測(ce)介質垂直于(yu)磁力線方向(xiang)流動時,在與(yǔ)介質流動和(he)磁力線都垂(chui)直的方向上(shàng)産生一個感(gan)應🔴電勢Ex,它🏃與(yǔ)被測介質在(zai)磁場中運動(dòng)的速度成正(zhèng)比,其關系式(shi)爲
Ex=KBDv
式中:K爲儀(yi)表常數;B爲磁(ci)感應強度;D爲(wei)電極距離,即(jí)導管💚直徑,爲(wèi)導體垂直切(qie)割磁力線的(de)長度;v爲被測(ce)介質在磁場(chang)中運動的速(sù)度。
由感應電(dian)勢可以計算(suàn)出流體流速(su),将流體流速(su)管道截🏒面積(ji)🛀🏻相乘,即可得(de)出體積流量(liàng)Q。
　　普通的電磁(cí)流量計一直(zhí)用于滿管測(cè)量[1],當測量管(guan)中液體未被(bèi)🔴充滿時,普通(tong)的電磁流量(liang)計會出現兩(liǎng)種情況:1)當測(cè)量管内的液(yè)體超過電極(ji)水平面時,流(liu)量計所顯示(shì)的是實際液(yè)體的體積流(liú)量加上空氣(qi)🥵所占據的那(na)部分體積之(zhī)和,造💚成流量(liang)誤差。2)當測量(liang)管内的液體(tǐ)低于電極水(shuǐ)平面時,輸出(chū)就不穩定或(huo)波動,流量計(ji)🏃🏻不❓能測出電(diàn)動勢,根本無(wú)法計量。
　　非滿(mǎn)管電磁流量(liang)計是專爲非(fei)滿管狀态下(xià)的流量❌測量(liang)而設計的,它(tā)與普通電磁(ci)流量計的不(bu)同之處在于(yú)它不僅測量(liàng)流體的流速(sù),還測量流體(ti)在測量管中(zhong)的高度而求(qiu)得流通面積(ji)㊙️A,兩者相乘獲(huo)得流量。
　　非滿(mǎn)管電磁流量(liang)計由兩部分(fen)組成,一是安(an)裝在管道💚上(shang)的流⛱️量傳感(gan)器,二是微處(chù)理器控制的(de)信号轉換器(qi)。
　　流量傳感器(qi)是直接安裝(zhuāng)在管道上的(de)同口徑圓形(xing)暗渠,測量流(liu)速的原理與(yu)傳統電磁流(liu)量計的基本(ben)相同🏃,仍以法(fa)拉弟電磁感(gǎn)應定律測量(liàng)流速V(見圖1)。

　　因傳感(gǎn)器具備測量(liàng)儀表内液位(wei)的功能,它的(de)電極、磁路和(he)♊測量電路則(zé)與普通電磁(ci)流量計有較(jiao)大差别。
　　電容(róng)式液位測量(liàng)系統的電磁(ci)流量計,它測(ce)量流速的一(yī)對電⭐極不是(shì)安裝在測量(liàng)管的中心線(xiàn)處,而是安裝(zhuāng)在離測量管(guǎn)底部0.1D高度,這(zhè)樣當液位不(bu)低于0.1D時都可(kě)測出流速,而(er)且又🆚避免了(le)測量管中沉(chen)澱物給測量(liàng)帶來的影響(xiǎng)。

　　電容(rong)液位測量系(xi)統[2]如圖2所示(shì),在測量管的(de)襯裏背面安(ān)裝有❄️一塊檢(jian)測極和4塊發(fā)射極,被襯裏(lǐ)層完全覆蓋(gai),與管内液體(ti)充💘分絕緣。将(jiāng)高頻電壓引(yin)入發射極,然(ran)後測出檢測(cè)極中的感應(ying)電流。電極之(zhi)間的電容C與(yu)流體的高度(du)H成一定的比(bi)例關系,通過(guo)測量兩塊金(jin)屬電極之間(jiān)的電容便可(ke)得知液位高(gao)度。當測🈚量管(guan)内液位高度(du)确定後,便可(kě)計算出非滿(man)管流量。之所(suǒ)以将發射極(ji)分爲數片,是(shì)爲了提高測(ce)量精度。測量(liang)管底部的發(fā)射🚶極始終處(chu)在液面🥰之下(xià),可以作爲基(ji)準來修正不(bú)同液🈲體的不(bu)同電導率引(yin)起的偏♻️移量(liang)。當管内液體(tǐ)🤞流速大于1m/s時(shi),其測量準确(que)率一般❓可達(da)±1%FS。一般地,測量(liang)精度與介質(zhi)流動性和介(jie)質的其他性(xìng)❄️質如壓力、溫(wen)度、黏度、密度(du)🔞、一緻性、電導(dǎo)率和電極的(de)污染等無關(guan)。
　　與傳感器配(pei)套的帶有微(wei)處理器的信(xìn)号轉換器,流(liu)速信号和液(yè)位信号引入(ru)轉換器,可以(yi)進行流量的(de)計算、顯示、累(lei)積等操作,同(tong)時可以輸出(chu)電流信号或(huo)脈沖信号,接(jiē)口可選爲HART,SMART或(huo)RS485。
　　信号轉換器(qì)與傳感器之(zhi)間以專用電(dian)纜連接,電纜(lǎn)的長度從減(jiǎn)少幹擾的可(kě)能性來說越(yue)短越好。但現(xian)場受安裝環(huán)境、位置的限(xiàn)🌐制要考慮電(diàn)纜的長度問(wèn)題,它受以下(xia)3方🌈面的限制(zhi):介質的電導(dǎo)率、勵磁電纜(lan)的截面積、信(xin)号電纜的型(xing)号。
2　技術指标(biāo)
量程:35l/h～12000m3/h
精度:1%～2%FS
口(kou)徑範圍:200～600mm
防護(hu)等級:IP67,相當于(yu)NEMA6
流速範圍:1～10m/s
電(dian)導率:≥5μs/cm
工作溫(wēn)度:-5～+60℃
工作壓力(li):10bar
3　安裝與維護(hu)
　　非滿管電磁(ci)流量計的安(an)裝與普通型(xing)電磁流量計(jì)✨的安🌍裝要求(qiú)基本相同。
(1)安(ān)裝地點和位(wèi)置按需要确(què)定,但電極軸(zhóu)必須水平。
(2)電(diàn)磁流量計必(bì)須有良好的(de)接地,以減少(shǎo)幹擾信号引(yǐn)入。接😍地❤️有兩(liang)方面的要求(qiú),一是傳感器(qi)與轉換器的(de)接地線🙇🏻必須(xu)與被測介⛷️質(zhì)導通,二是要(yao)以大地爲零(ling)電位。
(3)爲避免(miǎn)幹擾信号,傳(chuán)感器與轉換(huan)器之間的信(xin)号線❗必須采(cǎi)用👈專用屏蔽(bi)導線,并單獨(du)穿在接地鋼(gang)管内🌈,不能把(bǎ)信号電纜和(hé)電源電纜安(ān)放在同一鋼(gāng)管中。
(4)當流量(liàng)計安裝在地(di)下時,需要設(shè)置儀表井。
(5)介(jiè)質流動不穩(wěn)定對測量值(zhí)并無影響,所(suǒ)以安裝流量(liang)計時對前後(hou)直管段并無(wú)特别要求。
　　非(fēi)滿管電磁流(liu)量計的維護(hù)工作量很小(xiao),但是在運行(hang)一段時💁間以(yǐ)後,污水常會(hui)在傳感器内(nèi)壁積聚附着(zhe)層,應及時予(yǔ)以清除,否則(zé)附着層電導(dǎo)率與流體電(dian)導率不一緻(zhi)🔆時,會導緻電(diàn)極回路斷路(lu)或短路,儀表(biao)不能正🔆常工(gōng)作。因此對于(yú)工業污水的(de)測量,在 流量(liàng)計 選型時最(zui)好能保證流(liu)體流速在3～4m/s以(yǐ)上,這樣可以(yi)在一定🚩程度(du)上💞起到自清(qing)掃管道、防止(zhi)附着層沉積(jī)的作用。
4　應用(yong)
　　非滿管電磁(cí)流量計作爲(wei)一種新型流(liu)量儀表,具有(you)🔱無可替代的(de)優勢。
從外觀(guan)上看,非滿管(guan)電磁流量計(jì)與普通電磁(cí)流量計并沒(mei)有什麽不同(tóng),同樣具有不(bú)受流體參數(shu)影響、無可🔆動(dong)部件、無阻流(liú)件、壓損極小(xiao)、無測量滞後(hòu)現象、線性輸(shū)💚出和範圍度(dù)寬等優點。
　　非(fēi)滿管電磁流(liu)量計的測量(liàng)通道是段光(guāng)滑直管,不會(huì)有🙇🏻阻塞🔞現象(xiang),因此特别适(shi)用于測量含(hán)固體顆粒的(de)液固二相流(liú)體,如紙漿、泥(ni)漿、污水等。安(ān)裝非滿管電(dian)磁流量計,其(qí)上遊不💜會擡(tái)高水位,因此(ci)也不會帶🌈來(lai)水頭損失。
　　非(fei)滿管流量計(jì)的部件隻有(yǒu)一對電極,不(bu)存在停工檢(jian)修的問題🈲,流(liu)量管的Irathane襯裏(li)耐磨損,抗腐(fu)蝕性能好。
　　非(fēi)滿管電磁流(liú)量計可測的(de)管道内液位(wei)爲截面的10%～100%,其(qi)在非滿管和(hé)滿管流量的(de)情況下均能(néng)保持良好的(de)測量精度,這(zhe)🌈是電磁流量(liàng)計研發的突(tu)破。
　　在非滿管(guan)測量中,測量(liang)管内液位通(tōng)常會出現波(bo)動💯,這些波動(dòng),特别是當其(qí)處在電極的(de)水平面上時(shi),能導緻傳感(gan)器輸出信号(hào)的波動。液位(wèi)測量系統中(zhong)包含的模糊(hú)邏輯和特别(bie)濾波電路很(hen)好地解決了(le)這個問題,這(zhe)🐉就保證了流(liu)量計在介質(zhì)流動不穩定(dìng)或流量分布(bù)改變的情況(kuang)下📧仍具有穩(wen)定的測量值(zhí)顯示。
　　由此可(kě)見,随着環境(jing)治理力度的(de)不斷加大,非(fēi)滿管流量計(jì)在污👨‍❤️‍👨水測量(liàng)中的應用前(qián)景十分廣闊(kuo)。但非滿管電(diàn)磁流量計也(ye)存在着一些(xie)目前尚未完(wán)全解決的問(wèn)題:
(1)非滿管電(dian)磁流量計目(mù)前隻能用于(yu)圓形管的流(liú)量測量。
(2)污水(shuǐ)治理單位收(shōu)取的污水處(chu)理費常數倍(bei)甚至十餘⭐倍(bèi)潔淨生⚽活和(he)工業用水的(de)價格,非滿管(guǎn)電磁流量計(ji)測量🈚精度🏃🏻‍♂️雖(sui)然與傳統槽(cao)式流量計相(xiàng)比大有提高(gāo),但如果作爲(wèi)貿易結算,儀(yi)表精度仍有(yǒu)待進一步提(tí)高。
(3)由于國内(nei)尚無非滿管(guan)電磁流量計(ji)生産,國外廠(chǎng)商及🔴其代理(li)要價甚高,爲(wei)傳統儀表的(de)2～3倍以上,這給(gěi)非滿管❤️電磁(cí)流量♊計的普(pǔ)及帶來了一(yi)定的難度。

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