【摘要(yào)】介紹了新型(xing)電磁流量計(jì) 的工作原理(lǐ)和系統組成(cheng)。并結合污水(shui)處理工藝将(jiāng)電⭐磁流量計(jì)與其他流量(liang)計進行分析(xī)比較,從理論(lun)和實踐上闡(chǎn)述電磁流量(liàng)計在工業污(wu)水處理環節(jie)💰流量測量的(de)優勢。
1電磁流(liu)量計工作原(yuán)理和測量系(xi)統組成
1.1工作(zuò)原理
　　電磁流(liú)量計的工作(zuo)原理是基于(yú)法拉第電磁(ci)感應定律。被(bei)測介✂️質垂直(zhí)于磁力線方(fāng)向流動,因而(ér)在與💔介質流(liú)動和磁力線(xiàn)都垂直的方(fāng)向上産生一(yi)感應電動勢(shi)Ex,
Ex=BDv×10-4
式中:B爲磁感(gǎn)應強度,T;D爲兩(liǎng)電極間的距(jù)離,mm;
v爲被測介(jie)質的平均流(liu)速,m/s;Ex爲電動勢(shì),V.
被測介質的(de)流量Q與d和v有(yǒu)關

式中:Q爲被(bèi)測介質的流(liú)量,m3/s;v爲被測介(jiè)質的平均流(liu)速,m/s;d爲流量✍️計(ji)🔞的通流截面(mian)直徑,m;A爲流量(liang)計的有效作(zuo)用🙇‍♀️面積,m2.
由上(shàng)式得:
Ex=BDQ×10-4/A
當磁場(chǎng)強度B與兩極(jí)間距離D一定(ding)時,則:
Ex=K°Q
K=BD×10-4/A=常數
　　由(yóu)此可見,感應(yīng)電動勢Ex與被(bei)測介質流量(liàng)Q成正比。流量(liàng)Q不受🥰流體的(de)溫度、壓力、密(mi)度、電導率變(bian)化的影響,具(jù)有⭕很大的優(yōu)越性。測量系(xi)統的變送器(qì)輸出Ex是一個(ge)微弱🚶的交變(bian)信号,其中包(bao)含各種幹擾(rao)成分,且信号(hao)内阻變🌈化高(gao)達幾萬歐姆(mǔ),因🐪此要求轉(zhuǎn)換器是一個(ge)高輸入阻抗(kang),且能抑制各(gè)種幹擾成💰分(fen)的交流毫❗伏(fu)轉換器。将感(gǎn)應電動勢轉(zhuǎn)換成4～20mADC的統一(yī)信号。轉換器(qì)有高輸入阻(zu)抗差動放大(dà)器、主放大器(qì)、正交幹擾抑(yì)制器、相敏檢(jiǎn)波器、直流放(fang)大器、霍爾乘(cheng)法器等組成(chéng),最後輸出電(diàn)流爲:
Io=K°Q(mA)
式中:K爲(wei)儀表常數;Q爲(wei)被測流量。
2.2測(cè)量系統的組(zu)成
　　電磁流量(liang)計經曆了直(zhi)流勵磁、工頻(pin)交流勵磁、低(di)頻矩形✂️波勵(lì)磁等階段。70、80年(nián)代國内使用(yong)較多的工頻(pín)交流勵磁因(yin)🥰存在電磁感(gan)應、靜電耦合(hé)等難以消除(chú)的工頻幹擾(rao),零點🍉穩定性(xing)差、可靠性差(chà)等㊙️缺點已較(jiào)少采用。目前(qian)選型設計時(shi)采用低頻幹(gàn)擾(1/4～1/32)矩形波勵(lì)磁♊,它改變了(le)工頻幹擾的(de)形态特征,利(li)用工頻同步(bù)采樣、動态校(xiao)零等技術提(tí)高了抗幹擾(rao)能力和零點(diǎn)穩🈲定性。對于(yu)像工業污水(shui)一樣電導率(lü)較低的對象(xiang),宜采♻️用有雙(shuang)頻矩形波🏃🏻‍♂️(高(gāo)頻爲75Hz的矩形(xíng)波,外包絡是(shì)1/8工頻的矩形(xíng)波)勵磁技術(shu)的産品。
　　測量(liàng)系統由測量(liang)管路、勵磁線(xian)圈、測量電極(jí)、信号轉換器(qi)等組成🐅。它的(de)勵磁方式與(yu)傳統的直流(liú)勵磁方式和(he)交流正弦波(bō)勵磁方🌈式均(jun)不同。流量計(ji)中的磁場是(shì)通過由信号(hao)轉換器供給(gei)🌏的正、負交替(ti)變化矩✌️形波(bō)電流,送到勵(li)磁線圈産生(shēng)的,它克服了(le)直流勵⛱️磁方(fāng)式易在電極(ji)部分産生極(ji)化作用,和交(jiāo)流勵磁由于(yú)電極、流體、電(diàn)極形成的閉(bi)路及交變磁(ci)場的時間變(biàn)動,引起正比(bǐ)的電磁感應(yīng)電壓。在兩個(gè)檢測電極之(zhī)間,産生正負(fu)交替變化的(de)流量信号電(diàn)壓,與矩形波(bo)勵磁電流的(de)頻率相等。
　　對(dui)于由磁場強(qiang)度變化産生(sheng)的電磁幹擾(rao)電壓,采取把(bǎ)衰減時的電(dian)動勢做采樣(yàng)處理方法取(qǔ)出對應流量(liang)信号。在🔴磁場(chǎng)電流達到📐它(tā)的穩定值時(shí),進行采樣㊙️處(chù)理。因此,通常(cháng)的幹擾電壓(ya)都能被消除(chu)。
　　在測量系統(tǒng)中還采用了(le)智能化設計(ji)。信号轉換器(qì)由5個功能塊(kuai)組成。功能塊(kuài)1由輸入前置(zhì)放大器、高分(fen)辨率A/D轉換器(qì)和🐉一個控制(zhi)🔱和監視的微(wei)處理器(UP01)組成(cheng);功能塊2是由(yóu)功🐆能塊的電(diàn)子裝㊙️置控制(zhi)的,給流量計(ji)勵磁線圈周(zhou)期性的産生(sheng)勵磁電流的(de)裝置;功能塊(kuài)🏒3由7位LCD液晶顯(xiǎn)示器、EEPROM、KSA集成電(dian)路、微處理器(qi)和3個爲了輸(shu)入操作參數(shu)的按鍵組成(chéng)。由UP01測🛀定的與(yǔ)輸入操♻️作參(cān)數和校準值(zhi)有關的數字(zì)值,經UP02計算後(hou),其值通過科(ke)💞隆🆚公司研制(zhi)的KSA作爲流量(liang)比例信号,經(jīng)光🔞電耦合器(qi)到輸出驅動(dong)器,正負計⛱️數(shu)的流量累積(jī)值和滿✏️刻度(dù)範圍0%～100%的瞬時(shi)流量值可在(zài)7位LCD液晶顯示(shi)。在電源故障(zhàng)停電後,最後(hòu)的計數器讀(du)數可永久地(di)儲存在E2PROM中。功(gong)能塊4把數字(zi)信号轉換成(chéng)4～20mA的電流😄輸出(chu)信号;功能塊(kuài)5能驅動電子(zi)計數器或電(diàn)動機械計數(shu)器。
3電磁流量(liàng)計的應用實(shi)例
　　某冶煉廠(chǎng)在生産中,由(you)于生産工藝(yì)的需要,會産(chǎn)生大☎️量的🌈工(gong)業污水,在污(wu)水處理分廠(chǎng)必須對污水(shui)的流量進行(hang)監控。在以往(wang)的☂️設計中,流(liú)量儀表不少(shao)都選用旋渦(wō)流量🈲計和 孔(kong)闆流量計 。而(ér)實際應用中(zhong)發現測量的(de)流量顯示值(zhi)與實際流量(liang)🥵偏差較大。究(jiū)其原因,上述(shu)兩種流量計(ji)都不能滿足(zu)實際的需要(yào)。
　　 旋渦流量計(jì) 的工作原理(li)是在管道中(zhōng)插入一個旋(xuan)渦發生體。當(dāng)管道中的流(liu)體流過旋渦(wo)發生體時,在(zài)旋渦發生體(ti)的後方和兩(liǎng)側會交替地(dì)産生有規律(lǜ)的卡門旋渦(wō)列。理論和實(shi)踐證明,旋渦(wo)分離頻率f與(yu)管内流體流(liu)速v成正比,其(qí)關系式爲:
f=K °v/D
式(shì)中:K爲斯特勞(láo)哈爾系數;D爲(wei)旋渦發生體(tǐ)迎流體面寬(kuan)度。
　　因此,隻要(yào)設法測出旋(xuán)渦分離頻率(lǜ)f就可以知道(dao)流體的流速(su)v,從而可以求(qiú)出流體的流(liu)量。旋渦分離(li)頻率可以用(yòng)多種方式☂️測(ce)量,例如應力(li)式、差動電容(róng)式🥰等。
　　從旋渦(wō)流量計的工(gōng)作原理可以(yi)看出:旋渦流(liu)量計不宜用(yong)于測污水的(de)流量。這是因(yīn)爲在測量較(jiào)髒的流體🤞時(shi),旋渦發生體(tǐ)的表面會有(yǒu)大量的附着(zhe)物,會使旋渦(wō)發生體迎流(liú)體面寬度♌D發(fā)生變化,這樣(yàng)就會⭐使得旋(xuán)渦分離頻率(lü)減小,使得求(qiu)出的流體流(liú)速v減🐕小,使得(dé)測量值比實(shí)際流量值小(xiao)。
　　孔闆流量計(jì)是早期大量(liàng)使用的一種(zhǒng)測量流量的(de)計量裝🈲置。它(ta)的工作原理(lǐ)是在流體管(guan)道中加入一(yi)孔闆節流件(jian),通過導壓管(guǎn)引入差壓變(biàn)送器測出節(jie)流件上、下遊(you)的壓差,根據(ju)所測的壓差(cha)經過計算即(jí)得出流量的(de)瞬時值。由于(yú)導壓管内水(shuǐ)的不流動性(xing),在較寒冷地(di)區,冬天室外(wài)安裝的孔闆(pǎn)取壓管容易(yì)🐉凍裂(凍住),使(shi)😘差壓儀器無(wú)法正📞常工作(zuo)。測量較🛀髒的(de)💯污水時,孔闆(pan)需經常清洗(xi)♉。如清洗不及(jí)時,測量精度(du)♉降低,取壓管(guan)經常被污物(wu)堵死,儀表無(wú)法使用。用孔(kong)闆的方式測(ce)流量時還有(yǒu)壓力⛹🏻‍♀️損失大(da)、維護量🤟大等(děng)缺點。
　　根據工(gōng)業污水具有(yǒu)流量變化大(dà)、雜質、腐蝕性(xing)小、有一定的(de)🚶導🔞電能力等(deng)特性,在測量(liang)工業污水的(de)流量時,電🛀🏻磁(cí)流量計是一(yi)🛀個很好的選(xuan)擇。可選用氯(lü)丁橡膠襯裏(lǐ),含钼不鏽鋼(gāng)(OCr18Ni12Mo2Ti)電🎯極的電磁(cí)流量♻️計,即可(kě)滿足工業污(wū)水流量測量(liàng)的要求。
4結束(shu)語
　　流量測量(liàng)儀表受到衆(zhong)多因素,如:管(guǎn)道、口徑大小(xiǎo)、形狀(圓形、矩(ju)形)、介質的物(wù)性(溫度、壓力(li)、密度、粘度、髒(zāng)污🔞性、腐蝕性(xing)💚等),流體的流(liú)動狀态(紊流(liu)狀态、速度分(fèn)布等),以及安(ān)裝條件與水(shui)💰平的影響。而(er)且工業污水(shui)的狀态(流态(tai)、流速等)時刻(kè)在變化,如果(guo)選擇流量計(jì)不🏃🏻合适,将使(shǐ)測量結果出(chu)現很大的偏(piān)差。經過理論(lun)和實踐的檢(jiǎn)驗,電磁流量(liàng)計在污水流(liu)量測量中有(yǒu)着很大的優(you)🚶勢,目前應用(yong)得越來越廣(guang)泛。

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