提要(yao)：爲解決大口(kǒu)徑管道工業(yè)用水計量間(jian)題,在使🧑🏾‍🤝‍🧑🏼用認(rèn)證和🏃‍♀️科學鑒(jiàn)定荃礎上.選(xuan)定電磁流量(liàng)計 作爲計量(liang)表計。本文介(jie)紹電磁流橄(gan)計的工作原(yuan)理和安裝使(shi)用🔴中應注意(yì)的問題,介紹(shào)了該公司開(kai)展工業🙇🏻水計(jì)量工作後所(suǒ)取得的顯著(zhe)經濟效益。
　　采(cǎi)用地下大口(kǒu)徑鑄鐵管道(dào)環路供水,水(shuǐ)質較好,電導(dǎo)率較低🌈,但水(shui)中含有漂浮(fu)物及水生物(wu),如塑料袋、水(shui)草、小魚😍、菜葉(yè)等。如🧑🏾‍🤝‍🧑🏼何解決(jué)大口徑管道(dào)工業用水的(de)計量問題,是(shì)一個長期困(kun)擾公司計控(kong)人員的一大(dà)難題,經過慎(shèn)重的📧探讨和(hé)論📱證,認爲可(ke)在速度式流(liú)量儀表中,選(xuan)擇出比較适(shi)合的計量用(yòng)表。由此,先後(hou)在不同的大(dà)口徑工業用(yong)水管路上安(an)裝了 超聲波(bo)流量計 、 渦街(jiē)流量計 、電磁(ci)流量計等儀(yí)表,以期實現(xian)這一目的。
1流(liu)量計的選擇(ze)
　　由于大口徑(jìng)管道水中漂(piāo)浮物、水生物(wù)和所用鑄鐵(tiě)🐅管的影響,超(chāo)聲流量計、渦(wo)街流量計不(bú)适用。如氟化(hua)廠管道上♋安(an)裝的超聲波(bo)流量計,由于(yú)外界因素和(he)🐕流體中✔️漂浮(fú)物的幹擾🏒,一(yi)直無法正常(chang)運行;錦綸廠(chǎng)管道上安☂️裝(zhuāng)的渦街流量(liang)計,由于流體(ti)中㊙️的水草、塑(su)料袋等的影(yǐng)響,使旋渦發(fā)生體的下方(fang)形不成渦街(jiē)⛷️,緻使流量計(ji)無法工作。而(er)在制藥廠、合(he)成氨廠尿素(su)🌍車間工業用(yòng)水管道上安(ān)裝的電磁流(liu)量計,獲得了(le)♌滿意的測量(liàng)效果。由此認(rèn)爲電磁流量(liang)☎️計是目前解(jie)🆚決我公司大(da)口徑管道☔工(gōng)業用水計量(liang)間題較爲理(li)🧡想的表計。
2電(diàn)磁流量計
　　電(dian)磁流量計是(shi)應用法拉第(dì)電磁感應原(yuán)理制成的🎯測(ce)量導💚電介質(zhì)體積流量的(de)新型感應式(shì)流量測量儀(yi)表。它具有壓(ya)力損🧡失小✨,儀(yi)表線性度較(jiào)好,不受被測(ce)液體的溫度(dù)、壓力、粘度等(deng)影響,可測🔞量(liàng)含雜質液🛀體(tǐ),量程寬,對同(tong)一台儀表來(lái)說❓,其量程比(bǐ)可達1:100,口徑大(dà),反應靈敏🥵,耐(nài)腐蝕,壽命長(zhang)等顯著特點(diǎn)。
它的不足之(zhi)處是:
(1)隻能測(cè)量具有一定(ding)導電性的液(ye)體,要求被測(ce)介質的電導(dao)率在10一1一10“5材(cái)cm之間,相當于(yu)蒸餾水的電(diàn)導率🈲。
(2)不能測(cè)量高溫高壓(ya)流體(測量管(guan)的絕緣襯裏(lǐ)材料受溫🔞度(du)的🐉限制造成(cheng))。
(3)受流速分布(bù)影響,在流速(su)軸對稱分布(bù)的情況下,流(liú)量信号與平(ping)均流速成正(zhèng)比,如破壞了(le)流速的軸對(duì)稱分布,将産(chǎn)生🚩誤差,因此(cǐ)需在其前後(hòu)有一定長度(du)的直管段。
(4)易(yì)受外界電磁(cí)幹擾。
2.1基本原(yuán)理
　　在磁感應(yīng)強度爲B的均(jun)勻磁場中,垂(chuí)直于磁場方(fang)向🚶放💯一内徑(jing)爲✨D的不導磁(cí)管道,當導電(diàn)液體在管道(dao)内以速💋度V流(liú)動時,液體切(qiē)割磁力線,若(ruo)在管道截面(mian)上垂直于⭕磁(ci)場的直徑兩(liang)端安裝一對(dui)電極,隻要管(guan)道内流體流(liú)速分布爲軸(zhou)對稱,則兩電(diàn)極之間産生(shēng)感應電動勢(shì)e,根據法拉第(di)電磁感應原(yuan)理:
E=BD`U·······················(1)
則體積流(liu)量爲·······················(2)
兩式中(zhong):e一感應電動(dòng)勢(V)
B—磁感應強(qiang)度(wb/m2)
D一管道内(nei)徑(m)
`U 一流體平(ping)均流速(m/s)
Qv—流體(tǐ)體積流量(m3/h)
要(yao)使式(2)嚴格成(chéng)立,必須使測(cè)量條件滿足(zu)于:
(l)磁場是均(jun1)勻分布的恒(heng)定磁場
(2)被測(cè)流體的流速(su)爲軸對稱分(fen)布
(3)被測液體(tǐ)是非磁性的(de),電導率均勻(yún)且各向同性(xìng)
2.2測量系統組(zǔ)成
　　基本系統(tǒng)由傳感器(變(biàn)送器、檢測器(qi))和轉換器兩(liǎng)部分組成,僅(jǐn)完成流量的(de)檢測,在基本(běn)系統後加裝(zhuāng)流量積✨算器(qì),可實現累積(jī)流量的功能(neng),如若接入計(ji)算機系統,則(ze)不僅可顯示(shì)瞬時流量、累(lèi)積流量、日期(qī)、時間等功能(néng),還具有開方(fang)比例積算器(qi)和定值輸出(chū)等🍓功能,可完(wán)成打印、通訊(xùn)和聯網,實現(xiàn)自動控制。
　　傳(chuán)感器有管道(dao)式、潛水式、插(chā)入式三種形(xing)式。當采用帶(dai)✊壓開🧡孔、帶壓(yā)安裝技術後(hou),可在不停車(che)(停水)的情🐅況(kuàng)下安裝,也可(ke)在鑄鐵管上(shàng)安裝, 插入式(shì)電磁流量計(jì) 爲大口徑管(guan)道流體流量(liang)的測量提供(gong)了一種新的(de)方式,并具有(you)安裝優勢和(hé)價格優勢。
3電(dian)磁流量計誤(wù)差來源的初(chu)步分析
3.1非軸(zhóu)對稱流動引(yin)起的誤差
　　流(liú)體在管内流(liu)速爲軸對稱(chēng)分布時,流量(liàng)計電極上✨所(suo)産👉生的感應(ying)電動勢的大(dà)小與流體的(de)流動狀态無(wú)關,與流體的(de)平均流速成(chéng)正比。每個流(liú)動質點相對(duì)于電極幾何(hé)位置的不同(tóng),對電極所⛹🏻‍♀️産(chǎn)生的感應電(dian)動勢e的貢獻(xiàn)也不同,愈靠(kào)近電極的質(zhi)🌈點、速度越大(dà)的質點,對e的(de)貢獻越大,因(yīn)此必須保證(zheng)流體的流速(sù)爲軸對稱。
　　當(dāng)管道未充滿(man)流體或由于(yú)閥門、彎頭、三(sān)通接頭的影(yǐng)響,管路内流(liú)體将産生遊(yóu)渦流,直接破(po)壞流體流速(su)的軸對稱分(fèn)布。根據理論(lun)分析,由于流(liu)速分布和渦(wo)流的影響,流(liú)量計上遊直(zhi)管段應有✏️一(yī)定的長度,按(an)附加誤🧡差不(bu)影響流量計(ji)精☔度(約0.5%)的原(yuan)📱則,其上遊直(zhi)管段長度應(yīng)爲5D,下遊直管(guan)段一般可🏃‍♀️取(qǔ)2D。
3.2電導率對測(ce)量誤差的影(yǐng)響
　　電導率的(de)降低,将增加(jiā)檢測器的輸(shū)出阻抗,并且(qie)因轉換器輸(shu)入阻抗引起(qǐ)的負載效應(ying)而産生誤差(chà),同時,将增加(jiā)靜電感應🤞的(de)噪聲,降低流(liu)量計的信噪(zào)比。電導率高(gāo)于10-1s/cm時,也會降(jiang)⛱️低流量信号(hào),改變指示值(zhi)。
　　檢測器的輸(shu)出阻抗決定(ding)轉換器的輸(shu)入阻抗的大(dà)小。檢測器的(de)輸出阻抗由(you)流體的電導(dao)率和電極的(de)大小所支🔴配(pèi)。
　　當直徑爲dl(m)的(de)圓闆電極與(yu)電導率爲s(s/m)的(de)半無限展寬(kuan)🔞的流體接觸(chu)時,其展寬電(dian)阻爲1/2sdl（Ω）。因此,如(ru)管道直徑D》dl.則(ze)檢測器的輸(shū)出阻抗爲兩(liǎng)個展寬電阻(zu)之和,即等于(yú)1/sdl。
　　取流體電導(dǎo)率的下限爲(wei)5~20μs/cm,電極直徑爲(wèi)0.5cm,則檢測器的(de)☁️輸♍出阻抗爲(wèi)400~100kΩ,爲将輸出阻(zu)抗的影響控(kòng)制在0.1%以下,轉(zhuǎn)換器的輸💞入(rù)阻抗應是40OMΩ。
　　自(zì)來水、原水的(de)電導率約在(zai)15~500μs之間,大于電(diàn)磁流量計🔴電(dian)導率♉要求5μs/cm的(de)最低值,能滿(mǎn)足水計量用(yong)表的要求💞。
3.3信(xin)号傳輸電纜(lan)的影響
　　檢測(ce)器與轉換器(qi)間的距離應(ying)盡量縮短,使(shǐ)兩者盡可能(neng)靠近🍉,檢測器(qi)與轉換器之(zhi)間的距離由(yóu)信号分🌍布電(dian)容和🈲被測液(ye)體的電導率(lǜ)所決定。電導(dǎo)率與電纜長(zhǎng)度📧的關系見(jian)下圖。

　　實際使(shǐ)用中信号傳(chuan)輸電纜的電(diàn)容影響:當檢(jian)測器與⛷️轉換(huan)器之間的電(diàn)纜長度超過(guo)30m時,由電纜電(diàn)容引起的負(fù)載效應就成(cheng)爲一❤️個問題(ti),這時可使用(yòng)雙芯雙層屏(ping)蔽電纜,用低(dī)阻💛抗的電💯壓(yā)源對内側屏(ping)蔽層加以與(yu)芯線相同的(de)電壓,以形成(cheng)屏蔽,使兩者(zhě)之間💁無電流(liu)通過,從而可(ke)避免🔞電纜的(de)負載效應的(de)存在,信号電(dian)纜的長度可(kě)延長到3O0m左🐕右(yòu)。
3.4電極表面污(wū)染的影響
　　在(zài)測量有附着(zhe)沉澱物的流(liu)體時,電極表(biǎo)面将受到污(wu)❤️染,常🤞常⛹🏻‍♀️引起(qǐ)零點漂移,零(líng)點變化和電(dian)極污染程🚶度(du)兩❤️者之間的(de)關系複雜,但(dàn)可以說,電極(ji)直徑越小,所(suo)受影響也越(yuè)小,在使用中(zhong),應注意電極(ji)的定期清洗(xǐ),現已有亂闆(pan)式電磁流量(liàng)計❄️,可有效地(dì)解決這一問(wèn)題。
3.5勵磁方式(shi)的影響
　　現電(diàn)磁流量計大(dà)都采用了恒(héng)定電流的低(dī)頻方波勵磁(ci)方式,用開關(guan)回路把直流(liu)恒流回路的(de)輸出電流周(zhou)期性地交換(huàn)極性,産生方(fāng)波勵磁電流(liu)。勵磁電流的(de)極性轉換周(zhōu)期選擇爲工(gong)業交流電周(zhou)期的偶數倍(bèi),這樣🍉可消除(chu)工業頻率的(de)噪聲,排除了(le)交流磁🌏場的(de)電渦流🌈和直(zhí)流磁場的極(jí)化幹擾,使得(de)精度可達到(dào)0.5%以上。
3.6安裝的(de)影響
　　配置和(hé)配管的基本(běn)條件是:檢測(cè)器内應充滿(man)被測介質流(liu)體,避免氣泡(pào)在電極上的(de)附着,避免沉(chén)澱和🔞襯裏的(de)局🤟部磨損。
　　電(dian)極檢測出的(de)信号是以檢(jian)測器内液體(tǐ)電位爲基準(zhǔn)🈲的,僅有數🔴mV的(de)微小交流電(diàn)勢。爲了使液(yè)體電位穩定(dìng)并使變送器(qì)與流體保持(chi)等電位,以保(bao)證穩定地進(jin)行測量,檢測(ce)器、轉換器和(hé)金屬管兩段(duan),均應有良好(hao)的接地。良好(hǎo)的接地可保(bao)證流量計的(de)準确工作☎️,排(pai)除其它不相(xiàng)關的幹擾電(dian)波。但應注♋意(yi)要采用同一(yi)點接地,并不(bu)得與其它電(diàn)器設備共用(yòng)接地線。接地(dì)電阻應小于(yu)10n,安🤞裝時還應(ying)避開具有強(qiang)磁場的設備(bèi)和環境溫度(du)過高的地方(fang)。
3.7液體流動狀(zhuang)态和平均流(liu)速的影響
(1)層(ceng)流和紊流
　　由(yóu)流體力學中(zhōng)的雷諾實檢(jiǎn)可知,在平直(zhi)圓管中,流體(ti)流💰動的類型(xíng)可分爲層流(liú)(滞流)與紊流(liu)(湍流)兩大類(lèi),用雷諾數Re大(da)小來加以區(qu)别。當Re≤2000時,爲層(ceng)流;Re≥4000時,爲紊流(liu);Re=2000~4000之間時,可能(neng)是層流,也可(ke)能🈲是紊流,一(yi)般稱爲過渡(dù)流。

流體處于(yu)紊流時,在半(ban)徑方向上距(jù)管路中心軸(zhóu)線rx處的最大(da)流速Ux用下式(shì)計算:

(3)、（4）兩式中(zhōng)：
Ux—距管路中心(xin)軸線xr處的最(zuì)大流速(m八)
Umax—管(guan)路中心軸線(xian)處的最大流(liu)速(m/s)
rx—管壁内側(ce)距管中心軸(zhou)線處X點的距(jù)離(m)
R—管道的半(ban)徑(m)
n—與雷諾數(shu)有關的尼庫(ku)拉茲(Nikuradse)系數。
　　層(céng)流時,由式3可(kě)知,流速變化(hua)爲抛物線分(fen)布,在管路㊙️中(zhōng)心軸線處達(dá)到最大Umax,即使(shǐ)Re值發生變化(huà),流速分布狀(zhuàng)态也不改變(bian)😘,(見圖a)。紊流♍時(shi),由式4可知,其(qí)流速分布在(zai)管路内壁的(de)👈近旁比層流(liu)時的流速大(da),流速分布形(xíng)狀随雷諾數(shù)變化而發生(sheng)改變,見(圖b)。

①流(liu)體常用流速(su)範圍與雷諾(nuò)數關系見表(biao)1。
以水爲例:取(qu)p=1000kg/m3
Μ=101×10-5N×S/ m3
②平均速度點(dian)
根據尼庫拉(la)茲(Nikuardse)算式,當流(liú)體處于湍流(liu)狀态時:

上表(biao)中:管道中流(liu)體處于紊流(liú)狀态


雷諾數(shù)與尼庫拉茲(zī)系數的關系(xì)見表2。

當n=7.0時rx=0.24228R即(ji)r=0.12lD
n=9.9時xr=0.23682R即r=0.118n
D爲管道(dao)内徑,則xr≈0.12D
結論(lùn):當管道中心(xin)處的流體處(chu)于紊流狀态(tai)時,在離管内(nei)壁0.12D處的速度(du)可表示爲平(ping)均速度,在2.56×10-4≤Re≤3.07×106時(shí),誤差小于1.14%(即(ji)✊同一儀表在(zai)量程比可高(gao)達1:100時)。同時也(ye)得出了儀表(biao)電🈲極的插入(ru)深度⭐。由(5)可以(yi)很方便的得(dé)出插入🧡深度(dù)對測量所造(zào)成的誤差。
4經(jīng)濟效益
　　電磁(ci)流量計的采(cai)用,對水資源(yuan)管理起到了(le)較大的作用(yòng),取得了明顯(xian)的經濟效益(yì)。可以相信,随(suí)着科學技術(shu)的不斷進步(bu),電💘磁流量計(ji)生産水平的(de)不斷提⛹🏻‍♀️高,性(xing)能🔞的不斷完(wán)善,其應用範(fan)圍必将更爲(wèi)廣泛。

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