提要(yào)：爲解決大(dà)口徑管道(dào)工業用水(shui)計量間題(tí),在使用認(ren)證和🐪科學(xue)鑒定荃礎(chu)上.選定電(diàn)磁流量計(ji) 作爲計量(liàng)表計。本文(wén)介紹電磁(cí)流橄計的(de)工作原理(lǐ)🚶和安裝使(shǐ)用中應注(zhù)意的問題(ti),介紹了該(gāi)公司開展(zhǎn)工業水計(jì)👈量工作後(hou)所取得的(de)顯著經濟(jì)效益。
　　采用(yong)地下大口(kou)徑鑄鐵管(guan)道環路供(gòng)水,水質較(jiao)好,電導率(lü)較低,但水(shuǐ)中含有漂(piāo)浮物及水(shuǐ)生物,如塑(sù)料袋、水草(cǎo)、小魚🔆、菜葉(yè)等。如何解(jiě)決大口徑(jìng)管道工業(yè)用水的計(jì)量問題,是(shì)一個長期(qi)困擾⚽公司(sī)計控人員(yuán)的一🔴大難(nan)題,經過慎(shèn)重的☂️探讨(tao)和論證,認(rèn)爲可在速(sù)度式流量(liàng)儀表中❌,選(xuǎn)擇出比較(jiào)适合的計(ji)量㊙️用表。由(you)此,先後在(zai)不同的☂️大(dà)口徑工業(yè)用水管路(lu)上安裝了(le) 超聲波流(liú)量計 、 渦街(jie)流量計 、電(diàn)磁流量計(jì)等儀表,以(yǐ)期實現這(zhe)一目的。
1流(liú)量計的選(xuan)擇
　　由于大(dà)口徑管道(dào)水中漂浮(fú)物、水生物(wu)和所用鑄(zhù)鐵管的✨影(yǐng)響,超聲流(liú)量計、渦街(jie)流量計不(bú)适用。如氟(fú)化廠管道(dao)上安裝的(de)超聲波流(liu)量計,由于(yu)外界因素(su)和流體中(zhong)漂浮物✔️的(de)幹擾,一直(zhí)無法正常(cháng)運行;錦綸(lun)廠管道上(shàng)安裝的渦(wō)街流量計(jì),由于流體(tǐ)中的水草(cǎo)、塑料袋等(děng)的影響,使(shi)旋渦發生(shēng)體的下方(fāng)形不成渦(wo)街,緻使流(liú)量計無法(fa)工作。而在(zài)制藥廠、合(hé)成氨廠㊙️尿(niao)素車間工(gong)業用水管(guan)道上安裝(zhuang)的電磁流(liu)量計,獲得(de)了㊙️滿👌意的(de)測量效果(guo)。由此認爲(wèi)電磁流量(liàng)計是目前(qián)解決我公(gōng)司大口徑(jing)管道工業(ye)用水計量(liàng)間題較爲(wèi)理想的表(biǎo)計。
2電磁流(liú)量計
　　電磁(cí)流量計是(shì)應用法拉(la)第電磁感(gǎn)應原理制(zhì)成的測量(liang)導電🙇‍♀️介質(zhì)體積流量(liàng)的新型感(gan)應式流量(liàng)測量儀表(biao)🆚。它具有壓(ya)力損🔞失小(xiao),儀表線性(xing)度較好,不(bu)受被測液(yè)體的溫度(dù)、壓力、粘度(dù)等影☁️響,可(ke)測量含雜(za)質液體,量(liàng)程寬,對同(tong)一台儀表(biǎo)來說,其量(liang)程比可達(da)1:100,口徑大,反(fan)應靈敏,耐(nai)腐蝕,壽命(ming)長等顯著(zhe)特🚩點。
它的(de)不足之處(chù)是:
(1)隻能測(cè)量具有一(yī)定導電性(xing)的液體,要(yào)求被測介(jie)質🌈的電導(dao)率在10一1一(yī)10“5材cm之間,相(xiang)當于蒸餾(liú)水的電導(dao)率。
(2)不能測(cè)量高溫高(gāo)壓流體(測(ce)量管的絕(jue)緣襯裏材(cái)料受⁉️溫度(du)的限制造(zao)成)。
(3)受流速(sù)分布影響(xiǎng),在流速軸(zhou)對稱分布(bu)的情況下(xia),流量信号(hào)與平🏃🏻‍♂️均流(liu)速成正比(bǐ),如破壞了(le)流速的軸(zhóu)對稱分布(bù),将🔴産生誤(wu)差,因此需(xu)在其前後(hòu)有一定長(zhǎng)度的直管(guǎn)💃段。
(4)易受外(wai)界電磁幹(gàn)擾。
2.1基本原(yuan)理
　　在磁感(gǎn)應強度爲(wèi)B的均勻磁(ci)場中,垂直(zhí)于磁場方(fāng)向放㊙️一内(nèi)💋徑爲💰D的不(bú)導磁管道(dao),當導電液(yè)體在管道(dào)内🌏以速度(dù)V流動時,液(ye)體切割磁(cí)力線,若在(zài)管道截面(miàn)上🛀🏻垂直于(yu)磁場的直(zhi)徑兩端安(an)裝一對電(dian)極,隻要管(guǎn)道✨内流體(tǐ)流速分布(bu)爲軸對稱(chēng),則兩電極(jí)之間産生(shēng)感應電動(dong)勢e,根據法(fa)拉第電磁(ci)感應原理(li):
E=BD`U·······················(1)
則體積流(liu)量爲·······················(2)
兩式(shi)中:e一感應(yīng)電動勢(V)
B—磁(cí)感應強度(du)(wb/m2)
D一管道内(nèi)徑(m)
`U 一流體(ti)平均流速(sù)(m/s)
Qv—流體體積(ji)流量(m3/h)
要使(shǐ)式(2)嚴格成(cheng)立,必須使(shi)測量條件(jian)滿足于:
(l)磁(cí)場是均勻(yun)分布的恒(héng)定磁場
(2)被(bèi)測流體的(de)流速爲軸(zhou)對稱分布(bu)
(3)被測液體(tǐ)是非磁性(xing)的,電導率(lǜ)均勻且各(gè)向同性
2.2測(cè)量系統組(zu)成
　　基本系(xì)統由傳感(gǎn)器(變送器(qì)、檢測器)和(hé)轉換器兩(liang)部🔞分組成(cheng),僅完🛀成流(liu)量的檢測(ce),在基本系(xì)統後加裝(zhuāng)流量積算(suàn)器,可實現(xian)累積流量(liàng)的功能,如(ru)若接入計(ji)算😄機系統(tong)✂️,則不僅可(ke)顯示瞬時(shi)流量、累積(jī)流量、日期(qī)、時間等功(gong)能,還具有(yǒu)開方比例(lì)積算器和(he)定值輸出(chū)等🈲功能,可(kě)完成打印(yìn)、通訊和🛀🏻聯(lian)網,實現自(zì)動控制。
　　傳(chuan)感器有管(guan)道式、潛水(shui)式、插入式(shì)三種形式(shi)。當采用帶(dài)壓開孔、帶(dài)🔴壓安裝技(jì)術後,可在(zai)不停車(停(ting)水)的情況(kuàng)下安裝,也(ye)可在鑄鐵(tie)管👨‍❤️‍👨上安裝(zhuāng), 插入式電(diàn)磁流量計(ji) 爲大口徑(jing)管道流體(tǐ)流量的測(cè)量提供了(le)一種新的(de)方❄️式🏃🏻‍♂️,并具(jù)💃有安裝優(you)勢和價格(ge)優勢。
3電磁(ci)流量計誤(wu)差來源的(de)初步分析(xi)
3.1非軸對稱(cheng)流動引起(qi)的誤差
　　流(liu)體在管内(nei)流速爲軸(zhou)對稱分布(bù)時,流量計(jì)電極上所(suǒ)産生㊙️的感(gǎn)應電動勢(shi)的大小與(yǔ)流體的流(liu)動狀态無(wu)關,與流體(ti)的🏃‍♂️平均流(liu)速成正比(bǐ)。每個流動(dòng)質點相對(duì)于電極幾(ji)何位置的(de)🏃🏻‍♂️不同,對🌍電(dian)極所産生(sheng)的感應電(dian)動勢e的貢(gong)獻也不同(tong),愈靠近💁電(dian)極的質點(diǎn)、速度越✂️大(dà)的質點,對(duì)e的貢獻越(yuè)大,因此必(bì)須保證流(liu)體的流速(su)爲軸對稱(cheng)。
　　當管道未(wei)充滿流體(tǐ)或由于閥(fa)門、彎頭、三(sān)通接頭的(de)影🤩響,管路(lù)内流體将(jiāng)産生遊渦(wo)流,直接破(pò)壞流體流(liu)速的軸對(dui)稱分布。根(gēn)據理❌論分(fèn)析,由于流(liú)速分布和(he)渦流的影(yǐng)響,流👌量計(ji)上遊直管(guǎn)段應有一(yi)定的長度(du),按附加誤(wù)差不影響(xiǎng)流量計精(jīng)度(約0.5%)的原(yuan)則,其上遊(yóu)直管段長(zhǎng)度應爲5D,下(xia)遊直管段(duàn)一般可取(qǔ)2D。
3.2電導率對(dui)測量誤差(chà)的影響
　　電(diàn)導率的降(jiang)低,将增加(jiā)檢測器的(de)輸出阻抗(kàng),并且因轉(zhuan)換器輸入(ru)阻抗引起(qi)的負載效(xiào)應而産生(shēng)誤差,同時(shi),将增加🥵靜(jing)電感應的(de)噪聲,降低(di)流量計的(de)信噪比。電(dian)導率高于(yú)10-1s/cm時,也會降(jiàng)低流量信(xin)号,改變指(zhǐ)示值。
　　檢測(ce)器的輸出(chū)阻抗決定(ding)轉換器的(de)輸入阻抗(kang)的大小。檢(jian)🌐測✔️器的輸(shu)出阻抗由(you)流體的電(dian)導率和電(diàn)極的大小(xiǎo)所支配。
　　當(dāng)直徑爲dl(m)的(de)圓闆電極(ji)與電導率(lü)爲s(s/m)的半無(wú)限展寬的(de)流體接觸(chù)時,其展寬(kuan)電阻爲1/2sdl（Ω）。因(yīn)此,如管道(dao)直徑D》dl.則檢(jian)測器的輸(shū)出阻抗爲(wèi)兩個展寬(kuan)電阻之和(he),即等于1/sdl。
　　取(qu)流體電導(dao)率的下限(xian)爲5~20μs/cm,電極直(zhi)徑爲0.5cm,則檢(jian)測器的輸(shū)出阻抗爲(wèi)400~100kΩ,爲将輸出(chū)阻抗的影(ying)響控制在(zài)0.1%以下,轉換(huàn)器的輸入(rù)阻抗應是(shì)40OMΩ。
　　自來水、原(yuan)水的電導(dao)率約在15~500μs之(zhi)間,大于電(dian)磁流量計(ji)電導率要(yao)求5μs/cm的最低(di)值,能滿足(zú)水計量用(yòng)表的要求(qiú)。
3.3信号傳輸(shū)電纜的影(yǐng)響
　　檢測器(qì)與轉換器(qi)間的距離(li)應盡量縮(suo)短,使兩者(zhě)盡可能靠(kao)近,檢測器(qì)與轉換器(qi)之間的距(ju)離由信号(hao)分布電容(rong)和被測液(yè)體的電導(dǎo)率所決定(ding)。電導率與(yǔ)電💜纜長度(dù)👈的關系見(jiàn)下圖。

　　實際(ji)使用中信(xin)号傳輸電(dian)纜的電容(rong)影響:當檢(jiǎn)測器❤️與轉(zhuǎn)換器之間(jiān)的電纜長(zhǎng)度超過30m時(shi),由電纜電(diàn)容引起的(de)負載效應(ying)就成爲一(yi)個問題,這(zhè)時可使用(yong)雙芯雙層(céng)屏蔽電纜(lǎn),用低阻🌏抗(kang)的電壓源(yuan)對内側屏(píng)蔽層加以(yǐ)與芯線相(xiang)同的電壓(yā),以形成屏(ping)蔽,使兩者(zhě)之間無電(diàn)流通過,從(cong)而可避免(miǎn)電纜的負(fù)載效應的(de)存在,信号(hao)電纜的長(zhang)度可延長(zhang)到3O0m左右。
3.4電(diàn)極表面污(wū)染的影響(xiang)
　　在測量有(yǒu)附着沉澱(dian)物的流體(ti)時,電極表(biǎo)面将受到(dao)污🏒染🐪,常常(chang)引起零點(dian)漂移,零點(dian)變化和電(dian)極污染程(chéng)度兩者之(zhi)間的關系(xi)🏃‍♂️複雜🏃‍♀️,但可(kě)以說,電極(ji)直徑越小(xiǎo),所受影響(xiǎng)也越小,在(zài)使用中,應(yīng)注意電極(jí)的定期清(qing)洗,現已有(yǒu)亂闆式電(dian)磁流量計(ji),可有效地(di)解決這一(yī)問題。
3.5勵磁(cí)方式的影(yǐng)響
　　現電磁(ci)流量計大(dà)都采用了(le)恒定電流(liu)的低頻方(fāng)波🔴勵磁方(fāng)式,用💛開關(guān)回路把直(zhi)流恒流回(hui)路的輸出(chū)電流周期(qī)性地交換(huan)極性,産生(shēng)方波勵磁(ci)電流。勵磁(ci)電流的極(jí)性轉換周(zhōu)期選擇爲(wei)工業交流(liú)電周期的(de)偶數倍,這(zhe)樣💋可消除(chú)工業頻率(lü)的噪聲,排(pai)除了交流(liu)磁🌐場的電(dian)渦流和直(zhi)流磁場的(de)極化幹擾(rao),使得精度(dù)可達到0.5%以(yǐ)上。
3.6安裝的(de)影響
　　配置(zhi)和配管的(de)基本條件(jiàn)是:檢測器(qi)内應充滿(mǎn)被測介質(zhi)流體🛀🏻,避免(miǎn)氣泡在電(diàn)極上的附(fù)着,避免沉(chén)澱和襯裏(li)📐的局部磨(mó)🔞損。
　　電極檢(jiǎn)測出的信(xin)号是以檢(jiǎn)測器内液(ye)體電位爲(wèi)基🈲準的,僅(jin)有數🥵mV的微(wei)小交流電(dian)勢。爲了使(shi)液體電位(wèi)穩定并使(shǐ)變送器與(yǔ)流體保持(chí)等電位,以(yǐ)保證穩定(dìng)地🐪進行測(ce)量,檢測器(qì)、轉換器和(hé)金屬管兩(liǎng)段,均應有(yǒu)良㊙️好的接(jiē)地。良好的(de)接地可保(bao)證流量計(jì)的準确工(gōng)作,排除其(qí)它不🌈相關(guān)的幹擾電(dian)波。但應注(zhu)意要采用(yong)同一點接(jiē)地,并不得(de)與其它電(diàn)器🌈設備共(gòng)用接地線(xiàn)。接地電阻(zǔ)應小于10n,安(ān)👉裝時還應(ying)避開具✏️有(you)強磁場的(de)設備和環(huan)境溫度過(guo)高㊙️的地方(fāng)。
3.7液體流動(dong)狀态和平(píng)均流速的(de)影響
(1)層流(liu)和紊流
　　由(yóu)流體力學(xue)中的雷諾(nuò)實檢可知(zhi),在平直圓(yuan)管中,流體(tǐ)🔴流動🐆的類(lei)🈲型可分爲(wèi)層流(滞流(liú))與紊流(湍(tuan)流)兩大類(lei),用雷諾數(shù)Re大小來加(jiā)以🙇🏻區别。當(dāng)Re≤2000時,爲層流(liú);Re≥4000時,爲紊流(liú);Re=2000~4000之間時,可(ke)能是層流(liú)📞,也可能是(shì)紊流,一般(ban)稱爲過渡(du)流。

流體處(chù)于紊流時(shi),在半徑方(fāng)向上距管(guǎn)路中心軸(zhou)線rx處的最(zuì)🌈大流速Ux用(yong)下式計算(suan):

(3)、（4）兩式中：
Ux—距(jù)管路中心(xīn)軸線xr處的(de)最大流速(sù)(m八)
Umax—管路中(zhong)心軸線處(chù)的最大流(liu)速(m/s)
rx—管壁内(nèi)側距管中(zhōng)心軸線處(chu)X點的距離(lí)(m)
R—管道的半(bàn)徑(m)
n—與雷諾(nuo)數有關的(de)尼庫拉茲(zī)(Nikuradse)系數。
　　層流(liú)時,由式3可(kě)知,流速變(bian)化爲抛物(wù)線分布,在(zai)管路中心(xin)📐軸🌈線處達(da)到最大Umax,即(jí)使Re值發生(sheng)變化,流速(su)分布狀态(tai)也不改變(biàn),(見圖a)。紊流(liú)時,由式4可(ke)知,其流速(sù)分布在管(guan)路内壁的(de)近旁比層(ceng)流時的流(liú)速大,流速(sù)分布形狀(zhuang)随雷諾數(shu)變化而發(fā)生改變,見(jiàn)(圖b)。

①流體常(chang)用流速範(fàn)圍與雷諾(nuò)數關系見(jian)表1。
以水爲(wei)例:取p=1000kg/m3
Μ=101×10-5N×S/ m3
②平均(jun1)速度點
根(gen)據尼庫拉(la)茲(Nikuardse)算式,當(dāng)流體處于(yú)湍流狀态(tài)時:

上表中(zhōng):管道中流(liu)體處于紊(wen)流狀态


雷(lei)諾數與尼(ni)庫拉茲系(xì)數的關系(xì)見表2。

當n=7.0時(shi)rx=0.24228R即r=0.12lD
n=9.9時xr=0.23682R即r=0.118n
D爲(wei)管道内徑(jing),則xr≈0.12D
結論:當(dāng)管道中心(xin)處的流體(ti)處于紊流(liú)狀态時,在(zài)離管内❌壁(bi)0.12D處的速度(dù)可表示爲(wei)平均速度(du),在2.56×10-4≤Re≤3.07×106時,誤差(cha)小🧑🏽‍🤝‍🧑🏻于1.14%(即同(tong)一儀表在(zài)量程比可(ke)高達1:100時)。同(tóng)時也得出(chu)了儀表電(dian)極的插入(rù)深度💜。由(5)可(kě)以✊很方便(biàn)的得出插(chā)入深度對(dui)測❗量所造(zào)成的誤差(chà)。
4經濟效益(yì)
　　電磁流量(liang)計的采用(yòng),對水資源(yuan)管理起到(dao)了較大的(de)作用✍️,取得(de)了⛱️明顯的(de)經濟效益(yì)。可以相信(xìn),随着科學(xue)技術的不(bú)斷進步,電(diàn)磁流量計(ji)生産水平(ping)的不斷提(ti)高,性能的(de)不斷完善(shan),其應用範(fàn)圍必将更(gèng)爲廣泛。

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