摘要 環(huán)保產(chǎn)業(yè)對污水流量的測量和控制的精確度、可靠性要求已越來越高，文章介紹了電磁式、渦街式、節(jié)流式等幾種流量計的選型設(shè)計，結(jié)合水處理工藝，從理論和實踐兩方面闡述各自的特點。
主題詞 流量計 測量 污水 選型

國外一位流量專家F.C.King horo曾說過，流量計是少數(shù)幾種使用比制造艱難的儀表之一。這是因為流量是一個動態(tài)量，處于運動狀態(tài)的液體內(nèi)部不僅存在著粘性摩擦作用，還會產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復雜流動現(xiàn)象。測量儀表本身受到眾多因素，如：管道、口徑大小、形狀（圓形、矩形）、邊界條件、介質(zhì)的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動狀態(tài)（紊流狀態(tài)、速度分布等）以及安裝條件與水平的影響。面對國內(nèi)外十幾類、上百個品種的流量儀表（先后發(fā)展起來的容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計等類型），如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟性等因素合理選型，是應用好流量儀表的前提和基礎(chǔ)。除了儀表自身質(zhì)量要得到保證，工藝數(shù)據(jù)的提供和儀表的安裝、使用、維護是否合理也相當重要。本文介紹電磁式、渦街式、節(jié)流式等幾種流量計的選型設(shè)計。

1. 電磁流量計選型設(shè)計

電磁流量計自20世紀50年代末國內(nèi)首次工業(yè)應用以來，七八十年代在流量測量中運用和發(fā)展很快。電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律，即被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動，因而在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應電動勢EX

（1）

式中 Ex ——電動勢，V；
B——磁感應強度，T；
d——兩電極間的距離，mm；
υ——被測介質(zhì)的平均流速，m/s。

被測介質(zhì)的流量Q與d和υ有關(guān)：

（2）

由式（2）得：

（3）

當磁場強度B與兩極間距離d一定時，則：

Ex =K * Q （4）

其中，K=4*10^-4/πd=常數(shù)。

由式（4）可知，感應電動勢EX與被測介質(zhì)流量（流速）成正比，電磁流量計不受溫度、壓力、粘度、重度等外界因素的影響，測量管內(nèi)部無收縮或凸出部分的壓力損失，另外，流量元件檢測出的最初信號，是一個與流體平均流速成精確線性變化的 電壓，它與流體的其他性質(zhì)無關(guān)，具有很大的優(yōu)越性。

根據(jù)污水具有流量變化大、含雜質(zhì)、腐蝕性小、有一定的導電能力等特性，測量污水的流量，電磁流量計是一個很好的選擇。它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，安裝、操作、維護方便，如測量系統(tǒng)采用智能化設(shè)計，整體密封加強，能在較惡劣的環(huán)境下正常工作。可選用氯丁橡膠襯里，含鉬不銹鋼（OCrI8Ni12Mo2Ti）電極的電磁流量計，即可滿足污水流量測量的要求。

某冶煉廠在生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)工藝的需要，會產(chǎn)生大量的工業(yè)污水，污水處理分廠必須對污水的流量進行監(jiān)控。在以往的設(shè)計中，流量儀表不少都選用旋渦流量計和孔板流量計。而實際應用中發(fā)現(xiàn)測量的流量顯示值與實際流量偏差較大，而 改用電磁流量計偏差大大減小。

2. 渦街流量計選型設(shè)計

渦街流量計作為一種新型流量計，80年代中期以來發(fā)展較快，它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點和長處，在現(xiàn)代流量測量中應用越來越廣泛。在國內(nèi)使用渦街流量計進行流量測量也愈來愈得到重視，目前我國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列。渦街流量計是基于流體振動發(fā)展起來的，根據(jù)旋渦的不同，檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應力式、磁敏式及差動開關(guān)電容式、超聲波式等。渦街流量計幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合，不僅可用于封閉的管道，還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計相比，渦街流量計沒有可動的機械部件，維護工作量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定；與孔板式流量計相比，渦街流量 計測量范圍大，壓力損失小，準確度高，安裝與維護簡單。但渦街流量計的環(huán)境相關(guān)參數(shù)較多，容易在使用現(xiàn)場被忽略而影響流量計性能的正確發(fā)揮。

渦街流量計的原理是在流量計管道中，設(shè)置一滯流件，當流體流經(jīng)滯流件時，由于滯流件表面的滯流作用等原因，在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦，這些旋渦在滯流件的側(cè)后方分開，形成所謂的卡門 （Karman）旋渦列，兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，卡門從理論上證明了當h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度，L為兩個相鄰旋渦間的距離）時，旋渦列是穩(wěn)定的，在此情況下，產(chǎn)生旋渦的頻率f與流量計管道中流體流速υ的關(guān)系為：

f =sv/d （5）

v=df/s （6）

式中 d ——圓柱形滯流件的直徑；
s——無量綱常數(shù)，稱為Strouhal數(shù)，與流體流動狀態(tài)的雷諾數(shù)Re有關(guān)。

流量計圓截面管道的雷諾數(shù)Re為：

（7）

式中 υ——流體的流速，m/s；
ρ——流體的密度，kg/m3；
μ——流體的動力粘度，(kg·m^-1)/s。

而流體的流量：

Q=A *v

從上式可見，渦街流量計選型設(shè)計完畢，流量Q不僅與f有關(guān)，而且與雷諾數(shù)Re也有關(guān)。雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個無量綱數(shù)，其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值 。因此，流體的流動狀態(tài)對渦街流量計的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計的使用性能。

經(jīng)過實踐，如下幾個方面對渦街流量計的使用都有影響，應對這些問題進行分析。

（1） 渦街流量計的測量范圍較大，一般10：1，但測量下限受許多因素限制：Re＞10 000是渦街流量計工作的最基本條件，除此以外，它還受旋渦能量的限制，介質(zhì)流速較低，則旋渦的強度、旋轉(zhuǎn)速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應信號，旋渦頻率f也小，還會使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應（如磁敏式一般不超過400Hz）和電路的頻率限制，因此設(shè)計時一定要對流速范圍進行計算、核算，根據(jù)流體的流速進行選擇。使用現(xiàn)場環(huán)境條件復雜，選型時除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外，還要考慮電磁干擾。在強干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合，磁敏式、壓電應力式等儀表不能正常工作或不能準確測量。

（2） 振動也是該類儀表的一大勁敵。因此在使用時注意避免機械振動，尤其是管道的橫向振動（垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動），這種影響在流量計結(jié)構(gòu)設(shè)計上是無法抑制和消除的。由于渦街信號對流場影響同樣敏感，故直管段長度不能保證穩(wěn)定 渦街所必要的流動條件時，是不宜選用的。即使是抗振性較強的電容式、超聲波式，保證流體為充分發(fā)展的單向流，也是不可忽略的。

（3） 介質(zhì)溫度對渦街流量計的使用性能也有很大的影響。如壓力應力式渦街流量計不能長期使用在300℃狀態(tài)下，因其絕緣阻抗會由常溫下的10 MΩ～100 MΩ急降至1 MΩ～10 KΩ，輸出信號也變小，導致測量特性惡化，對此宜選用磁敏式或電容式結(jié)構(gòu)。在測量系統(tǒng)中，傳感器與轉(zhuǎn)換器宜采用分離安裝方式，以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。

渦街流量計是一種比較新型的流量計，處于發(fā)展階段，還不很成熟，如果選擇不當，性能也不能很好發(fā)揮。只有經(jīng)過合理選型、正確安裝后，還需要在使用過程中認真定期維護，不斷積累經(jīng)驗，提高對系統(tǒng)故障的預見性以及判斷、處理問題的能力，從而達到令人滿意的效果。

3. 節(jié)流式流量計選型設(shè)計

節(jié)流式流量計是早期大量使用的一種測量流量的計量裝置，其歷史最長，用量較多?，F(xiàn)在常見的為圓孔板型和錐形入口板型，其工作原理是在流體管道中加入一孔板節(jié)流件，通過導壓管引入壓差變送器測出節(jié)流件上、下游的壓差，根據(jù)所測的壓差經(jīng)過計算即得出流量的瞬時值。由于導壓管內(nèi)水的不流動性，在較寒冷地區(qū)，冬天室外安裝的孔板取壓管容易 凍裂（凍?。共顗?span href=http://17.newmaker.com/ target=_blank>儀器無法正常工作。測量較臟的污水時，孔板需經(jīng)常清洗。如清洗不及時，測量精度降低，取壓管經(jīng)常被污物堵死，儀表無法使用。用孔板的方式測流量時還有壓力損失大、維護量大等缺點。因此改變?nèi)悍绞剑?例如用徑距取壓法，就可以減少孔板污物的影響。

4. 結(jié) 語

以上幾種污水流量測量流量計中，電磁流量計性能較好，節(jié)流流量計應用范圍廣，而渦街流量計比較新型，并正在不斷發(fā)展。只有了解這幾種流量計各自的性能，才能對流量計選型設(shè)計好，使污水流量的測量和控制達到精確度和可靠性要求。

質(zhì)量流量計故障處理

　　一、硬件故障

　　若出現(xiàn)誤差偏大，積算器顯示不亮或不增值，顯示器空白位等現(xiàn)象，其原因：

　　a、安裝不規(guī)范，可直接導致流量計零漂，如質(zhì)量流量計安裝在泵出口處較近，傳感器支撐強度不夠，連接法蘭焊接不當產(chǎn)生應力信號，電纜受電磁干擾。

　　b、接線問題

　　若出現(xiàn)顯示器不亮現(xiàn)象，應檢查積算器電源連線，若出現(xiàn)保險絲被燒，應確認輸入電壓與標準電壓標稱值，交直流形式是否一致。又若出現(xiàn)積算器不隨流量增加時，應檢查積算器接線，若積算器裝有正/反向程序，應檢查流量計接線，因流量計接線不正確，會使積算器在反向流時不遞增。

　　c、工藝介質(zhì)變化

　　若測量介質(zhì)出現(xiàn)夾氣，氣化或兩相流等現(xiàn)象，變送器會出現(xiàn)報警顯示，嚴重時，傳感器停止工作。

　　d、變送器失效。

　　e、傳感器失效。

　　f、管道吹掃問題。

　　二、軟件問題

　　質(zhì)量流量計故障處理——對于剛校驗完的流量計安裝使用前一定要注意在當前工況下的零點校驗，必須保證流量計中充滿介質(zhì)后關(guān)閉兩端截止閥才能零點標定，具體的方法有很多種，面板操作、手操器以及使用prolinkⅡ軟件。

　　a、零點校準有誤。

　　b、參數(shù)設(shè)置有誤。

　　c、電源的脈沖波動。

　　d、i/o組態(tài)有誤(一定要注意量程)。

　　e、操作有誤

標簽: 質(zhì)量流量計

質(zhì)量流量計 質(zhì)量流量計故障處理_質(zhì)量流量計

    1、丈量信號數(shù)值沒有準、沒有穩(wěn)、亂跳成績的處理計劃

    由下文能夠看出，形成電磁流量表丈量信號數(shù)值沒有準、沒有穩(wěn)、亂跳成績的次要來源為工頻攪擾，經(jīng)過論據(jù)采納同步采樣技能能夠無效抑止丈量信號中的工頻攪擾信號。同步采樣也稱為追蹤采樣，即為了使采樣頻次fs一直與零碎實踐運轉(zhuǎn)的頻次f1維持流動的對比聯(lián)系N=fs/f1，其采樣脈寬為工頻周期的成數(shù)倍，使流量信號電勢中工頻攪擾均勻值等于零，以消弭工頻攪擾的反應；關(guān)于隨機攪擾信號能夠采納數(shù)目字濾波順序停止解決，對準于沒有同的攪擾信號能夠采納順序判別濾波、中值濾波、算術(shù)均勻值濾波、滑行均勻值濾波、加權(quán)滑行均勻值濾波等濾波形式可收到很好的成效。

    2、兩點漂移成績的處理計劃

    共模攪擾是指信號輸出通道上共部分攪擾電壓。一般輸出通道設(shè)想中采納的是單端對于地輸出形式，因而形成共模信號嚙合到有用信號當中，形成兩點的漂移。經(jīng)過改觀輸出通道輸出形式，把單端對于地輸出形式改為雙端沒有對于地輸出形式即一般所說的差動輸出形式，經(jīng)過差動輸出形式使共模攪擾正在輸出通道上的攪擾電壓得以對于消，使得共模攪擾發(fā)生兩點漂移成績得以處理。

    關(guān)于條件量度變遷形成的兩點漂移成績，采納量度彌補技能使這一成績失去了很好的處理。即正在通路中增多了條件量度檢測全體，并把檢測到的量度值實時傳給單片機，單片機依據(jù)采到的量度變遷，對于通路中的一些參數(shù)停止補偏救弊偏，大大減小了條件量度變遷對于對于通路發(fā)生的兩點漂移。

    3、當場顯現(xiàn)死機、亂碼成績的處理計劃

    關(guān)于順序失控形成的死機、亂碼成績，通路中增多了順序運轉(zhuǎn)監(jiān)控通路即看門狗，性能是當單片機順序失控時能及時發(fā)覺并是整個零碎復位，使順序的運轉(zhuǎn)從新回到準確的軌跡當中，防止了死機、亂碼成績的發(fā)作。

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