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電磁流量計(jì)在供水行業(yè)中的應(yīng)用 流量計(jì)技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間:2020-07-30    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
1 前言

近年來,隨著國內(nèi)供水行業(yè)自動化技術(shù)水平不斷提高以及貿(mào)易結(jié)算計(jì)量的要求,電磁流量計(jì)得到了越來越普遍的應(yīng)用和推廣,特別是在上海供水行業(yè)中SGAIC型電磁流量計(jì)應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可。

2 基本原理

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,即導(dǎo)電液體在磁場中切割磁力線運(yùn)動時(shí),導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(見圖1),其感應(yīng)電勢的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、流體做切割磁力線強(qiáng)度等因素成正比。


圖1 感應(yīng)電勢產(chǎn)生原理圖

電勢由下式給出:

E=K×B×V×D

式中:E——感應(yīng)電壓;
K——儀表常數(shù);
B——磁感應(yīng)強(qiáng)度;
V——平均流速;
D——測量管內(nèi)直徑。

流量流體時(shí),流體流過垂直于流動方向的磁場,導(dǎo)電性液體的流動感應(yīng)出一個(gè)與平均流速或單位體積流量成正比的電壓,因此只要被測的流體具有最低限度的電導(dǎo)率,其感應(yīng)電壓信號通過兩個(gè)與液體直接接觸的電極檢出,并通過電纜傳送到放大器,然后,轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的輸出信號。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)和使用安裝要求

3.1 電磁流量計(jì)的主要技術(shù)特點(diǎn)

① 由于測量結(jié)果與液體的壓力、溫度、電導(dǎo)率等物理參數(shù)無關(guān),所以測量精確度高、工作可靠。
② 測量管內(nèi)無阻流件,因此無附加壓力損失,即對自來水測量無附加水頭損失。
③ 只有管道和電極與被測液體接觸,因此,只要合理選擇電極材料,即可達(dá)到耐腐蝕、耐磨損的要求。具有使用壽命長,維護(hù)要求低的特點(diǎn)。
④ 可以測定正、反方向流體的流量。
⑤ 輸出信號方式比較靈活。有脈沖、電流、頻率等方式。

3.2 電磁流量計(jì)的使用和安裝要求

① 電磁流量計(jì)的上游管道至少有5倍管徑長度的直管段,它的下游至少有3倍管徑長度的直管段。在條件允許的情況下,放寬流量計(jì)前置直管道長度在10倍管徑以上。
② 在電磁流量計(jì)的安裝中,傳感器接地環(huán)要可靠地接地,接地電阻要不大于l OΩ。
③ 要在使用環(huán)境的選擇中注意避免外部的電磁干擾,特別是避免工頻電磁場的干擾。
④ 對流量計(jì)上游管道中在前置距離外安裝閥門,特別是蝶閥或直角彎管等嚴(yán)重影響流態(tài)特性的場合,可以在流量計(jì)上游5~10倍管徑的直管內(nèi)安裝整流器,以達(dá)到穩(wěn)定水流流態(tài),提高計(jì)量準(zhǔn)確度的目的。

4 電磁流且計(jì)在供水行業(yè)安裝配置及使用情況

目前在上海各區(qū)域自來水公司中所普遍采用的水處理工藝原理流程框圖見圖2。


圖2 水工藝處理流程

基于電磁流量計(jì)的測量原理及測量特點(diǎn),目前已成為供水行業(yè)廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品。從1989年使用第一臺電磁流量計(jì)以來,到目前為止,上海市自來水公司使用了上海光華愛而美特公司的電磁流量計(jì)總計(jì)400余臺,直徑從DN15~DN3000不等,主要用于水廠原水的貿(mào)易計(jì)量、加礬計(jì)量、反沖洗水量計(jì)量、出水泵房單管計(jì)量、廠用水計(jì)量以及出廠水總管貿(mào)易計(jì)量。還有區(qū)域公司的管網(wǎng)連接邊界用于相互饋水的貿(mào)易計(jì)量。由于水質(zhì)腐蝕性和磨損性都不強(qiáng),除了原水選用刮刀式電極和加礬計(jì)量選用白金電極外,一般選用橡膠襯里和不銹鋼電極即達(dá)到測量要求。

5 電磁流f計(jì)在線校驗(yàn)方法

電磁流量計(jì)出廠時(shí)其精確度已經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定。但一旦使用于現(xiàn)場,由于受環(huán)境條件、流體特性以及儀表本身如元器件損壞等原因引起儀表運(yùn)行故障等情況,對于首次安裝投運(yùn)前或長期使用后的流量計(jì)有必要進(jìn)行一次常規(guī)的現(xiàn)場校驗(yàn)。由于電磁流量計(jì)的傳感器安裝在供水管道中,難以拆下送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢查,而目前在流量計(jì)量范圍內(nèi),國家和地方對大口徑流量計(jì)尚未有現(xiàn)場條件下進(jìn)行在線檢驗(yàn)的規(guī)程和其它法規(guī)文件。為了保證電磁流量計(jì)在首次安裝、故障修復(fù)以及長期使用后的精度和可靠性,而又不影響自來水的日常供應(yīng),我公司1995年制訂了《電磁流量計(jì)檢驗(yàn)規(guī)程》作為本企業(yè)內(nèi)部計(jì)量管理標(biāo)準(zhǔn)的一部分,經(jīng)過幾年的現(xiàn)場檢驗(yàn),摸索經(jīng)驗(yàn),不斷完善,在1998年我公司進(jìn)行IS09002質(zhì)量管理評審中獲得通過,并已在市原水及各區(qū)域公司各水廠中推廣應(yīng)用。

5.1 校驗(yàn)的主要內(nèi)容

① 對電磁流量計(jì)勵(lì)磁線圈進(jìn)行安全絕緣測試,應(yīng)大于20MΩ。
② 對電磁流量計(jì)勵(lì)磁線圈進(jìn)行銅電阻測試,應(yīng)與原出廠值相同(環(huán)境溫度相同時(shí))。
③ 對電磁流量計(jì)傳感器電極對地電阻進(jìn)行測試,若電阻值在2一20kf之間,并伴有充放電現(xiàn)象,兩只電極的電阻相近,則認(rèn)為好的。
④ 對電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器勵(lì)磁電流進(jìn)行測試,觀察其輸出與轉(zhuǎn)換器原電流的值,誤差不超過士0. 25mA。
⑤ 對電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器模擬量輸出及頻率輸出進(jìn)行測試,觀察其線性變化情況,并計(jì)算其最大線性誤差,應(yīng)不超過士0.5%。
⑥ 對DN 1200mm以上的電磁流量計(jì),應(yīng)測試推動級NB,電流誤差不超過12mA。

5.2 在線測試情況分析

以2001年南市水廠周期檢驗(yàn)為例,共檢驗(yàn)28臺,其中有出廠水計(jì)量、加礬計(jì)量、原水進(jìn)水計(jì)量等。從傳感器一部份測試情況看:編號為71620-418, 63325-956的電磁流量計(jì)勵(lì)磁線圈絕緣電阻分別為3MΩ, 0. 5MΩ,小于20MΩl,經(jīng)仔細(xì)分析檢查,原來在開挖過程中,由于施工不當(dāng),將勵(lì)磁電纜絕緣損壞。解決辦法是更換損壞的勵(lì)磁電纜,使傳感器恢復(fù)正常絕緣值,其余均符合安全性要求;電極對地電阻對稱性較好,并伴有沖放電現(xiàn)象;勵(lì)磁電流其輸出與轉(zhuǎn)換器原電流標(biāo)稱值相符,其誤差不超過士0. 25mA。

從轉(zhuǎn)換器測試情況看:編號為81141-413,81139-413電磁流量計(jì)電流輸出最大誤差超過0.5%,與生產(chǎn)廠聯(lián)系,由生產(chǎn)廠家進(jìn)行維修解決。

通過對電磁流量計(jì)在線檢驗(yàn),我們可以及時(shí)正確地發(fā)現(xiàn)電磁流量計(jì)是否存在故障或隱患,為保證電磁流量計(jì)的正確計(jì)量提供了可靠的依據(jù)和保障,有利于今后更好地管理好、使用好電磁流量計(jì)。

6 使用過程中存在的難點(diǎn)、故障以及解決辦法

電磁流量計(jì)具有較高的穩(wěn)定性,儀表設(shè)備本身一般很少發(fā)生故障。但是由于環(huán)境條件的變化或安裝工況條件所限,也發(fā)生了一些問題或故障,應(yīng)該加以解決或避免,主要表現(xiàn)為以下幾種情況:

① 沒有滿足流量計(jì)的安裝條件,電磁流量計(jì)對管道的直管段要求較高,在新建水廠設(shè)計(jì)時(shí)可以盡量滿足,而對老水廠改造或加裝來說,以上條件就變得幾乎苛刻。由此影響了測量穩(wěn)定性。其解決方法為加裝整流管以改善流動特性。

② 被測水的流速過低,由此影響測量的精度。特別是在一些區(qū)域邊界安裝的流量計(jì),由于處于區(qū)域公司管網(wǎng)末梢,壓差小而造成流速過低。其解決辦法是盡量開啟邊界兩邊閥門。

③ 管道水中有氣,造成測量波動大影響穩(wěn)定性。其解決辦法要設(shè)法找到氣的來源并加以解決,必要時(shí)在管道中加裝排氣閥。

④ 安裝在原水管道中流量計(jì)的傳感器電極表面被淤泥沉積污染,影響測量。其解決方法為選用刮刀式電極,并定期進(jìn)行維護(hù)清洗。

⑤ 雷擊造成電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器損壞,以致無法測量。其解決辦法為在轉(zhuǎn)換器信號輸人端、勵(lì)磁電流輸人端和工作電源端分別加裝相應(yīng)的避雷器。

⑥ 電磁流量計(jì)人口管道中異物堆積,造成被測水體流動特性突變由此影響測量精度造成較大的誤差。其解決方法為及時(shí)清除管道中堆積的異物。

7 結(jié)束語

總之,電磁流量計(jì)所具有的測量精度高、穩(wěn)定性好和適用范圍廣的特點(diǎn),為水廠實(shí)現(xiàn)自動化控制和公平貿(mào)易計(jì)量提供了有力的技術(shù)保證,發(fā)揮巨大的作用。今后,隨著技術(shù)、應(yīng)用和性價(jià)比的不斷完善提高,電磁流量計(jì)必將在供水行業(yè)中取得越來越廣泛的應(yīng)用。
電磁流量計(jì)的操作

    電磁流量計(jì)在使用時(shí)首先要確保流體的穩(wěn)定性,流體在管道中要是滿管狀態(tài)且達(dá)到一定的流速;其次是要注意定期清理電極;再次是要遠(yuǎn)離干擾源。

    1.液體應(yīng)具有測量所需的電導(dǎo)率.并要求電導(dǎo)率分布大體上均勻。

    因此流量變送器安裝要避開容易產(chǎn)生電導(dǎo)率不均勻場所,例如其上游附近加入藥液,加液點(diǎn)盡量設(shè)在變送器下游。

    2.變送器測量管必須充滿液體(非滿管型例外)。變送器應(yīng)安裝在任何時(shí)候測量導(dǎo)管內(nèi)都能充滿液體的地方,以防止由于測量導(dǎo)管內(nèi)沒有液體而指針不在零位所造成的錯(cuò)覺。

    測量管保持是垂直安裝,使被測液體自下而上流經(jīng)儀表。

    這樣,可以避免在導(dǎo)管中有沉淀物或在介質(zhì)中有氣泡而造成測量誤差。如不能垂直安裝時(shí),也可水平安裝,但要使兩電極在同一水平面上。

    3.電磁流量計(jì)的信號比較弱,在滿量程時(shí)只有2.5~8mV,流量很小時(shí),輸出僅有幾微伏,外界略有干擾就能影響測量的精度。

    因此,變送器的外殼、屏蔽線、測量導(dǎo)管、以及變送器兩端的管道都要接地。并且要求單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn),絕對不要連接在電機(jī)、電器等的公用地線或上下水管道上。

    轉(zhuǎn)換部分已通過電纜線接地,故匆再行接地。以免因地電位的不同而引入干擾。

 

    電磁流量計(jì)是一種具有精度高、重復(fù)性好、安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)的速度式儀表。適用于石油、化工、城市燃?xì)?、冶金、礦山等行業(yè)潔凈或基本潔凈的管線壓力相對于恒定的燃?xì)饧皢蜗鄽怏w,如天然氣、丙烷、丁烷、乙烯、氮?dú)?、空氣等?/p>

    電磁流量計(jì)采用渦輪進(jìn)行測量。它先將流速轉(zhuǎn)換為渦輪的轉(zhuǎn)速,再將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成與流量成正比的電信號。這種流量計(jì)用于檢測瞬時(shí)流量和總的積算流量,其輸出信號為頻率,易于數(shù)字化。感應(yīng)線圈和永久磁鐵一起固定在殼體上。

    當(dāng)鐵磁性渦輪葉片經(jīng)過磁鐵時(shí),磁路的磁阻發(fā)生變化,從而產(chǎn)生感應(yīng)信號。信號經(jīng)放大器放大和整形,送到計(jì)數(shù)器或頻率計(jì),顯示總的積算流量。同時(shí)將脈沖頻率經(jīng)過頻率-電壓轉(zhuǎn)換以指示瞬時(shí)流量。葉輪的轉(zhuǎn)速正比于流量,葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流過的總量。

    電磁流量計(jì)的輸出是頻率調(diào)制式信號,不僅提高了檢測電路的抗干擾性,而且簡化了流量檢測系統(tǒng)。它的量程比可達(dá)10:1,精度在±0.2%以內(nèi)。慣性小而且尺寸小的電磁流量計(jì)的時(shí)間常數(shù)可達(dá)0.01秒。

標(biāo)簽: 電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)的操作_電磁流量計(jì) 根據(jù)美國ARC咨詢集團(tuán)出版的有關(guān)“超聲波流量計(jì)全球展望”的新報(bào)道,新一代的超聲波流量計(jì)已經(jīng)克服了過去落后的技術(shù),并成為監(jiān)控流量和控制流量的基準(zhǔn)技術(shù)。ARC咨詢集團(tuán)的研究室主任Wil Chin先生說,超聲波技術(shù)將逐漸成為流量測量選擇的技術(shù),不僅僅是對傳統(tǒng)流量技術(shù)的替代。Chin先生估計(jì)超聲波流量計(jì)產(chǎn)品市場將從2003年的大約4億多美元增長到2008年的6億多美元,這將和全世界的電磁式流量計(jì)的銷售額相當(dāng)。

技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)了增長

技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)了快速增長及新供應(yīng)商的不斷出現(xiàn)。最近出版的《超聲波和相關(guān)流量計(jì)的選型指導(dǎo)》,書中列舉了全世界70多家超聲波流量計(jì)供應(yīng)商,其中50多家供應(yīng)商有自己的制造技術(shù)。該書的合著者之一David W. Spitzer先生指出:這些供應(yīng)商的大多數(shù)不是基于北美和西歐的傳統(tǒng)市場。一些重要的供應(yīng)商開始在東歐、日本以及其它的亞洲國家,比如韓國、新加坡和中國等建立他們的市場。

有兩種基本的超聲波流量計(jì)技術(shù):多普勒頻移技術(shù)和時(shí)差技術(shù)。多普勒法超聲波流量計(jì)的工作原理是:通過測量在流體中不連貫聲音、泡沫、或微粒折射的聲波頻率偏移來測量流體的流速。當(dāng)有流量時(shí),隨著流量的增加,頻率偏移也增加。時(shí)差法超聲波流量計(jì)的工作原理是:通過觀測超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時(shí)間差來間接測量流體的流速。有流速的地方,時(shí)間差隨著流速的增加而增加(如圖1所示)。

時(shí)差法超聲波流量計(jì)有單個(gè)或多個(gè)信號通道。一個(gè)時(shí)差法超聲波流量計(jì)的信號通道越多,它的精度就越高,也就是說它的精度越接近一個(gè)電磁式流量計(jì)的精度。在石油和氣體應(yīng)用中的密閉輸送測量時(shí),多通道時(shí)差法超聲波流量計(jì)已經(jīng)通過AGA、API、OIML的認(rèn)證(如圖2所示)。

同樣,也有便攜式和半便攜外夾裝式時(shí)差法流量計(jì)以及多普勒法流量計(jì)。Chin先生說,最初,外夾裝式流量計(jì)被看作是測試裝置,因?yàn)殡S著時(shí)間的流逝,超聲波耦合油脂會發(fā)生退化。E+H公司的新型超聲波流量計(jì),它有一個(gè)傳感器座,不需要超聲波或者聲耦合油脂。有關(guān)在這個(gè)領(lǐng)域的開發(fā),按照Chin先生所說,Caldon公司已經(jīng)發(fā)明了一種創(chuàng)新的耦合油脂,這種油脂不會發(fā)生退化(Caldon公司是在美國匹茲堡市的一家高精度時(shí)差法超聲波使用儀器制造商)。

多普勒法流量計(jì)一直被應(yīng)用于特殊場合,多年以來,它們在可靠性和其它一些問題破壞了它們的聲譽(yù)。多普勒法流量計(jì),不管是插入式(濕敏傳感器),還是外夾裝式,主要應(yīng)用于廢水中的淤泥測量、挖泥和采礦中的高濃度泥漿測量。

按照Spitzer先生所說,對于外夾裝式流量計(jì),不管是多普勒法式還是多時(shí)差法式,一個(gè)重要的問題是:他們都不能對體積流量提供一個(gè)可跟蹤的準(zhǔn)確的信息說明。Spitzer說,超聲波流量計(jì)的性能說明常常是以高參考精度為主。應(yīng)當(dāng)注意的是提到的典型精度是速度精度,不是測量的體積流量的精度。一個(gè)能測量速度且具有高精度的超聲波流量計(jì),可能在測量體積流量時(shí)不具有高精度。

外夾裝式流量計(jì)另外一個(gè)重要的問題是管道襯里材料的不同,測量能力也不同。比如,瀝青襯里材料在聲學(xué)上比其它材料,如塑料有更好的性能。

多年來,多通道時(shí)差法流量計(jì)一直應(yīng)用于大口徑管道中高品質(zhì)液體和氣體的測量及密閉輸送。這些裝置受通道幾何形狀的限制,主要應(yīng)用在大尺寸管道中,傳感器的數(shù)量也增加了成本。典型的多通道流量計(jì)的價(jià)格范圍在30000~40000美金,或者更高的價(jià)格范圍。ARC公司的Chin指出,德國Krohne公司是液體流量計(jì)的業(yè)內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)者,美國國家儀器(NI)公司是氣體流量計(jì)的業(yè)內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)者。

以前,單通道時(shí)差法流量計(jì)在聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)中相當(dāng)普遍,但隨著時(shí)間的推移,性能高而且價(jià)格日益降低的電磁式流量計(jì)和渦流式流量計(jì),使這些單通道時(shí)差法流量計(jì)的應(yīng)用越來越少。

近年來,幾家制造廠商開發(fā)出了新一代的聯(lián)軸節(jié)流量計(jì),并把該裝置分類為多功能多通道流量計(jì)。與石油和煤氣工業(yè)中應(yīng)用的高精度的多通道流量計(jì)相比,這些流量計(jì)的通道比較少,但是它有更高的精度。由于聯(lián)軸節(jié)流量計(jì)的聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu),它能被校準(zhǔn)到一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行體積流量測量,因此,相對于外夾裝式流量計(jì),它有一個(gè)重要的進(jìn)步。西門子公司(Siemens)設(shè)計(jì)的流量計(jì)產(chǎn)品在臨時(shí)的定型水流斷面上配置了反射目標(biāo)。德國Krohne公司在他們的流量計(jì)產(chǎn)品中配置了三聲道設(shè)計(jì),美國Controlotron公司也制造這種類型的多功能多通道流量計(jì)產(chǎn)品。

多功能多通道流量計(jì)正在大量的銷售,作為所有容積式流量計(jì)類型產(chǎn)品的置換物,包括電磁式流量計(jì)以及其它的裝置,如:透平流量計(jì)。這些產(chǎn)品,比如所有時(shí)差法超聲波流量計(jì),它們的附加賣點(diǎn)是它們能測量絕緣流體和低傳導(dǎo)流體,而電磁式流量計(jì)不能測量這樣的流體。相對時(shí)差法超聲波流量計(jì),這些流量計(jì)有許多新的重要的應(yīng)用。比如,Krohne公司聲稱:他們公司的三聲道的多功能多通道流量計(jì)的應(yīng)用范圍是:含有固體雜質(zhì)的液體(最高可達(dá)5%)和含有低程度的氣泡的液體(最高可達(dá)2%)。Krohne公司說,在與渦流式流量計(jì)產(chǎn)品二者擇一時(shí),他們公司三聲道的測量傳感器的價(jià)格具有競爭力,在整個(gè)流程工廠中,這個(gè)產(chǎn)品允許單個(gè)流量計(jì)技術(shù)的應(yīng)用。

與時(shí)差法超聲波流量計(jì)很相似的測量裝置是相關(guān)流量計(jì)。不是所有的相關(guān)流量計(jì)都是超聲波流量計(jì),但至少有一類時(shí)差法超聲波流量計(jì)認(rèn)為是相關(guān)流量計(jì)。Spitzer說,相關(guān)流量計(jì)通過測量管道內(nèi)不同位置的參數(shù)來測量流體的速度。以超聲波流量計(jì)為例,一副傳感器固定在下游,一副傳感器固定在上游,并以交叉相關(guān)計(jì)算來確定流體的速度。其它的相關(guān)流量計(jì),比如美國CiDRA公司研制的新型聲納陣列流量計(jì),完全不是基于超聲波的流量傳感器。

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