摘要(yao):環境保護(hu)是我國的(de)基本國策(ce)之一,工業(ye)污水的計(ji)量越🍓來越(yue)引起重視(shì)。介紹了一(yī)種專爲非(fēi)滿管🌈狀态(tai)下的流量(liàng)測量而設(she)計的流量(liang)計,簡單介(jie)紹了非滿(man)管電磁流(liu)量計 的測(cè)量原理,着(zhe)重描述了(le)其獨特的(de)電容液位(wei)測量系統(tong),分🔱析了非(fēi)滿管電磁(ci)流量計在(zài)污水測量(liàng)應用中的(de)⁉️特點✊及優(yōu)勢。
0　引言
　　環(huan)境保護已(yi)經成爲我(wo)國經濟持(chí)續發展的(de)基本國🔆策(cè),在國家📱環(huán)境保護政(zheng)策推動下(xia),企業對環(huán)保工作🌂越(yue)來越予以(yi)重視,生産(chǎn)過程中産(chan)生的污水(shui)要嚴格🔞控(kong)制其排放(fàng)量,爲此要(yao)求安裝🎯流(liú)量計來計(jì)量污水排(pái)放量。
　　工業(yè)排水的流(liú)體流動都(dou)是自然流(liú)動,流量大(da),非滿管并(bìng)且💜具📐有自(zi)由水面,正(zheng)确地進行(háng)測量有一(yī)定的難度(dù)。以前㊙️多采(cǎi)✏️用傳🈲統槽(cao)🔴式流量計(jì),不僅精度(dù)較低,而且(qie)帶來較大(da)的水流損(sun)失,同時對(duì)上🏃🏻‍♂️遊渠道(dào)的坡度及(jí)下遊水深(shen)也均有一(yī)定的要求(qiú),當不能滿(mǎn)足條🌈件時(shí)測量精度(dù)會降低,有(yǒu)✂️時甚至無(wu)法進行測(cè)量。如👈果用(yong)電磁流量(liàng)計來測量(liàng)污水,則需(xu)要建造額(é)♍外的閘闆(pǎn)和堰闆以(yi)保證滿管(guan),這些附加(jia)的安裝費(fèi)用經常會(huì)超出流量(liàng)計本⚽身的(de)費用,大口(kǒu)徑管道時(shi)更是如此(cǐ),而且還增(zēng)加了管道(dao)堵塞的可(kě)能性。随着(zhe)測量技術(shù)的不斷發(fa)展,目前電(diàn)磁和超聲(shēng)波技術都(dōu)能對💋非滿(mǎn)管流體📐流(liu)量進行測(ce)👉量。
1　測量原(yuán)理
　　 電磁流(liu)量計 是20世(shì)紀50～60年代随(suí)着電子技(jì)術的發展(zhǎn)而迅速發(fā)展起來的(de)新型流量(liàng)儀表,由于(yu)其獨特的(de)優點,廣泛(fan)應用于工(gong)業過程中(zhong)各種導電(diàn)液體的流(liu)量測量,在(zai)目前使用(yong)的各類流(liu)🔞量計中,其(qi)銷量僅次(cì)于 孔闆流(liú)量計 ,位居(jū)第2位。
　　電磁(ci)流量計是(shì)根據法拉(la)第電磁感(gǎn)應定律制(zhì)成的,其測(ce)量原理如(ru)下:當導電(dian)的被測介(jie)質垂直于(yu)磁力🈚線方(fang)向流動時(shí),在與🌍介質(zhì)流動和磁(cí)力線都垂(chui)直的方向(xiang)上産生一(yi)個感應電(diàn)勢Ex,它與被(bèi)測介質在(zai)磁場中運(yun)動的速度(du)成正比,其(qí)關系式爲(wèi)
Ex=KBDv
式中:K爲儀(yí)表常數;B爲(wèi)磁感應強(qiáng)度;D爲電極(jí)距離,即導(dǎo)管直🌍徑,爲(wei)導🐕體垂直(zhi)切割磁力(li)線的長度(dù);v爲被測介(jie)👅質在🌍磁場(chang)中運動的(de)速度。
由感(gǎn)應電勢可(ke)以計算出(chū)流體流速(sù),将流體流(liú)速管道截(jie)面積♈相乘(cheng),即可得出(chū)體積流量(liang)Q。
　　普通的電(dian)磁流量計(jì)一直用于(yú)滿管測量(liàng)[1],當測量管(guan)中液體未(wèi)被充滿時(shi),普通的電(diàn)磁流量計(ji)會出現兩(liǎng)種情♌況:1)當(dāng)測量管内(nèi)的液體超(chāo)過電極水(shuǐ)平面時,流(liu)💁量計所顯(xian)示的是實(shí)際液體的(de)體積流量(liang)加上空氣(qì)所占據的(de)那部分體(ti)積之和,造(zào)成流量誤(wù)🐕差。2)當測量(liàng)管内的液(ye)體低于電(dian)極水平面(mian)時,輸出就(jiu)不穩定或(huò)波動,流量(liang)計👅不🚶‍♀️能測(ce)出電動勢(shì),根本無法(fǎ)計量。
　　非滿(man)管電磁流(liu)量計是專(zhuān)爲非滿管(guǎn)狀态下的(de)流量測量(liàng)而🌏設計的(de),它與普通(tong)電磁流量(liang)計的不同(tóng)之處在于(yu)它不僅測(ce)量流體的(de)流速,還測(cè)量流體在(zài)測量管中(zhong)的高度而(er)求得流通(tōng)面積A,兩者(zhe)相乘獲得(de)流量。
　　非滿(mǎn)管電磁流(liu)量計由兩(liǎng)部分組成(cheng),一是安裝(zhuāng)在管道上(shàng)的流量‼️傳(chuán)感器,二是(shi)微處理器(qì)控制的信(xìn)号轉換器(qì)。
　　流量傳感(gan)器是直接(jiē)安裝在管(guan)道上的同(tong)口徑圓形(xing)暗渠,測量(liang)流速的原(yuán)理與傳統(tong)電磁流量(liàng)計的基本(ben)㊙️相同,仍以(yǐ)法拉弟電(dian)🛀🏻磁感應定(dìng)律測量流(liu)速V(見圖1)。

　　因傳感器(qi)具備測量(liang)儀表内液(ye)位的功能(neng),它的電極(ji)、磁路♻️和測(ce)量電路則(ze)與普通電(dian)磁流量計(jì)有較大差(cha)别。
　　電容式(shi)液位測量(liang)系統的電(dian)磁流量計(jì),它測量流(liu)速的一對(duì)♊電極不是(shi)安裝在測(cè)量管的中(zhōng)心線處,而(ér)是安裝在(zài)離測量管(guǎn)底部0.1D高度(du),這樣當液(ye)位不低于(yú)0.1D時都可測(cè)出流速,而(er)且又🥵避免(mian)了測量管(guǎn)中沉澱物(wu)給測量帶(dai)來的影響(xiǎng)。

　　電容(rong)液位測量(liàng)系統[2]如圖(tú)2所示,在測(cè)量管的襯(chèn)裏背面安(ān)裝🙇‍♀️有一塊(kuài)檢測極和(hé)4塊發射極(ji),被襯裏層(céng)完全覆蓋(gai)🐪,與管内液(yè)體充分絕(jué)緣。将高頻(pin)電壓引入(rù)發射極,然(rán)後測出檢(jian)測極中的(de)感應電流(liu)。電⭐極之間(jian)的電🥰容C與(yu)流體的高(gāo)度H成一定(dìng)的比例關(guan)系,通過測(ce)量兩塊金(jīn)屬電極㊙️之(zhi)間的電容(rong)便可得知(zhi)液位高度(dù)。當測☔量管(guǎn)内液位高(gao)度确定後(hòu),便可🤟計算(suan)出非滿管(guǎn)流量🔅。之所(suo)以将發射(shè)極分爲數(shu)片,是爲了(le)提高測量(liang)精度。測量(liang)管底部的(de)發射極始(shǐ)終處在液(ye)面之下,可(ke)以作爲基(ji)準來修正(zheng)不同液體(ti)的不同電(diàn)導率引起(qǐ)的偏移量(liang)。當管内液(ye)體流速大(da)于1m/s時,其測(cè)量準🚩确率(lü)一般可達(dá)±1%FS。一般地,測(ce)量精度與(yǔ)😍介🔴質流動(dòng)性和介質(zhi)的其他性(xing)質如壓力(li)、溫度、黏度(dù)、密度、一💁緻(zhi)性、電導率(lü)和電極的(de)污染🐕等無(wu)關。
　　與傳感(gan)器配套的(de)帶有微處(chù)理器的信(xìn)号轉換器(qì),流💃速信号(hào)和液位信(xìn)号引入轉(zhuan)換器,可以(yi)進行流量(liàng)的計算、顯(xiǎn)示、累積🏃‍♀️等(deng)操作,同時(shi)可以輸出(chū)電流信号(hao)或脈沖信(xin)号,接口可(kě)選爲HART,SMART或RS485。
　　信(xìn)号轉換器(qì)與傳感器(qì)之間以專(zhuan)用電纜連(lián)接,電纜的(de)長度從🔅減(jiǎn)少幹擾的(de)可能性來(lái)說越短越(yuè)好。但現㊙️場(chang)受安裝㊙️環(huán)境、位置的(de)限制要考(kao)慮電纜的(de)長度問題(ti),它受以下(xià)3方面的限(xian)制:介質的(de)電導率、勵(li)磁電纜的(de)截面積、信(xìn)号電纜的(de)型号。
2　技術(shu)指标
量程(cheng):35l/h～12000m3/h
精度:1%～2%FS
口徑(jing)範圍:200～600mm
防護(hù)等級:IP67,相當(dāng)于NEMA6
流速範(fan)圍:1～10m/s
電導率(lǜ):≥5μs/cm
工作溫度(du):-5～+60℃
工作壓力(li):10bar
3　安裝與維(wéi)護
　　非滿管(guan)電磁流量(liàng)計的安裝(zhuāng)與普通型(xing)電磁流量(liàng)計的安👈裝(zhuāng)要✏️求基本(ben)相同。
(1)安裝(zhuāng)地點和位(wèi)置按需要(yào)确定,但電(diàn)極軸必須(xū)水平👣。
(2)電磁(ci)流量計必(bi)須有良好(hǎo)的接地,以(yi)減少幹擾(rao)信号引入(rù)。接地有兩(liǎng)方面的要(yào)求,一是傳(chuán)感器與轉(zhuǎn)換器的接(jie)地線必須(xu)與被📐測介(jiè)質導通,二(er)是要以大(da)地爲零電(diàn)位。
(3)爲避免(miǎn)幹擾信号(hào),傳感器與(yu)轉換器之(zhi)間的信号(hào)線必須采(cai)用專用屏(ping)蔽導線,并(bing)單獨穿在(zài)接地鋼管(guan)内,不能把(bǎ)信🈚号電纜(lan)和電源電(diàn)纜安放在(zài)同一鋼管(guǎn)中。
(4)當流量(liàng)計安裝在(zài)地下時,需(xu)要設置儀(yi)表井。
(5)介質(zhì)流動不穩(wen)定對測量(liang)值并無影(yǐng)響,所以安(an)裝流量計(ji)時對前後(hou)直管段并(bìng)無特别要(yào)求。
　　非滿管(guan)電磁流量(liàng)計的維護(hù)工作量很(hen)小,但是在(zài)運行一段(duan)時💃間以後(hou),污水常會(huì)在傳感器(qì)内壁積聚(jù)附着層,應(yīng)及時予以(yǐ)清除,否🤟則(ze)附着層電(diàn)導率與流(liu)體🔴電導率(lǜ)✨不一緻時(shi),會導緻電(dian)極回路斷(duàn)路或短路(lu),儀表不能(néng)正💔常工作(zuò)。因此對于(yú)工業污水(shuǐ)的測量,在(zai) 流量計 選(xuan)型時最好(hǎo)能保證流(liú)體流速在(zai)3～4m/s以上,這樣(yàng)可以在一(yi)定程度上(shang)起到自清(qing)掃管道、防(fang)止附着層(céng)沉積的作(zuo)用。
4　應用
　　非(fēi)滿管電磁(ci)流量計作(zuo)爲一種新(xīn)型流量儀(yí)表,具有無(wú)可替㊙️代的(de)優勢。
從外(wai)觀上看,非(fēi)滿管電磁(ci)流量計與(yu)普通電磁(cí)流量🌂計并(bìng)沒有什麽(me)不同,同樣(yang)具有不受(shòu)流體參數(shù)影響、無可(ke)動部件、無(wu)阻流件、壓(yā)損極小、無(wú)測量滞後(hòu)現象、線性(xìng)輸出和範(fàn)圍度寬等(deng)優點🔴。
　　非滿(mǎn)管電磁流(liú)量計的測(cè)量通道是(shi)段光滑直(zhi)管,不會♉有(you)✉️阻塞現象(xiàng),因此特别(bie)适用于測(ce)量含固體(ti)顆粒的液(yè)固二相流(liú)體,如紙漿(jiang)㊙️、泥漿、污水(shuǐ)等。安裝非(fēi)滿管電磁(cí)流量計,其(qi)上遊不會(hui)擡高🌂水位(wei),因此也不(bú)會帶來水(shui)頭損失。
　　非(fei)滿管流量(liang)計的部件(jiàn)隻有一對(duì)電極,不存(cun)在停工檢(jiǎn)修的💛問題(tí),流量管的(de)Irathane襯裏耐磨(mo)損,抗腐蝕(shí)性能好。
　　非(fei)滿管電磁(ci)流量計可(ke)測的管道(dao)内液位爲(wèi)截面的10%～100%,其(qí)在㊙️非滿管(guǎn)🔞和滿管流(liú)量的情況(kuang)下均能保(bǎo)持良好的(de)測🏃🏻‍♂️量精💔度(du),這是電磁(cí)流🐇量計研(yan)發的突破(pò)。
　　在非滿管(guǎn)測量中,測(cè)量管内液(ye)位通常會(hui)出現波動(dòng),這些波動(dong),特📞别是當(dāng)其處在電(diàn)極的水平(píng)面上時,能(néng)導緻傳感(gǎn)器輸🧡出信(xin)号的波動(dòng)。液位測量(liang)系統中包(bao)含的模✔️糊(hu)邏輯和特(te)别濾波電(diàn)路很好地(di)解決了這(zhè)個問題,這(zhè)就保證了(le)流量計在(zài)介質流動(dong)不穩定或(huò)🌏流量分布(bu)改❤️變的情(qing)況下仍具(jù)有穩定的(de)測量值顯(xiǎn)✊示。
　　由此可(ke)見,随着環(huán)境治理力(li)度的不斷(duàn)加大,非滿(man)管⭐流量‼️計(jì)🏃🏻在污水測(ce)量中的應(ying)用前景十(shi)分廣闊。但(dan)非滿管⛱️電(dian)磁流量計(jì)也🥰存在着(zhe)一些目前(qián)尚未完全(quan)解決的問(wen)題:
(1)非滿管(guan)電磁流量(liàng)計目前隻(zhī)能用于圓(yuán)形管的流(liú)量測🛀🏻量。
(2)污(wū)水治理單(dān)位收取的(de)污水處理(li)費常數倍(bèi)甚至十餘(yu)倍潔淨☀️生(sheng)活和工業(ye)用水的價(jià)格,非滿管(guǎn)電磁流量(liàng)計測量精(jing)度雖然🥰與(yu)傳統槽式(shi)流量計相(xiang)比大有提(ti)高,但如果(guǒ)作🏃‍♀️爲貿易(yì)結算,儀表(biao)精度仍有(you)待進一步(bù)提高。
(3)由于(yú)國内尚無(wu)非滿管電(diàn)磁流量計(ji)生産,國外(wài)廠商及其(qí)代理要價(jia)甚高,爲傳(chuan)統儀表的(de)2～3倍以上,這(zhè)給非滿管(guan)❗電磁流量(liàng)⛱️計的普及(ji)帶來了一(yi)定的難度(dù)。

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