提要：爲(wei)解決大口徑管道(dào)工業用水計量間(jian)題,在使用認證和(hé)科😘學鑒定荃礎上(shàng).選定電磁流量計(ji) 作爲計量表計。本(ben)文介紹電磁流橄(gǎn)計的工作原理和(hé)✍️安裝使用中應注(zhù)意的問題,介紹了(le)該公司開展工業(yè)水計💰量工作後所(suo)取得的顯著經濟(ji)效益。
　　采用地下大(da)口徑鑄鐵管道環(huan)路供水,水質較好(hǎo),電🔱導率較✏️低,但水(shuǐ)中含有漂浮物及(ji)水生物,如塑料袋(dài)、水草、小魚、菜葉🏒等(deng)。如何解決大口徑(jìng)管道工業用水的(de)計量♋問題,是一個(ge)長⚽期困擾公司計(jì)控人員的一大難(nán)題,經過慎重的探(tàn)讨和論證,認爲可(ke)在速度式流量儀(yi)表中,選擇出比較(jiao)适合的計量用表(biao)。由此,先後在不同(tong)的㊙️大㊙️口徑工業用(yòng)水管路上安裝了(le) 超聲波流量計 、 渦(wo)街流量計 、電磁流(liú)量計等儀表,以期(qī)實現這一目的。
1流(liu)量計的選擇
　　由于(yú)大口徑管道水中(zhōng)漂浮物、水生物和(he)所用鑄鐵管的💃影(ying)響,超聲流量計、渦(wo)街流量計不适用(yong)。如氟化廠管道上(shàng)🈲安裝的超聲波💚流(liú)量計,由于外界因(yin)素和😄流體中⁉️漂浮(fu)物的幹擾🆚,一直無(wu)☀️法正常☔運行;錦綸(lun)廠🛀🏻管道上安裝的(de)渦街🌈流量計,由于(yu)流體中的水草、塑(su)料袋等的影響,使(shi)旋渦發生體的下(xià)方形不成渦街🚩,緻(zhi)使流量計無法工(gōng)作。而在制💋藥廠、合(hé)成氨廠尿素車間(jian)工業用水管道上(shang)安裝的電磁流量(liang)計,獲得了滿意的(de)測量效果。由㊙️此認(rèn)爲電磁流量計♻️是(shi)目前解決我公司(sī)大口徑管道🔞工業(yè)用✌️水計量間題較(jiao)爲理想的表計。
2電(diàn)磁流量計
　　電磁流(liú)量計是應用法拉(la)第電磁感應原理(li)制成的測量🌂導電(dian)介🙇🏻質體積流量的(de)新型感應式流量(liàng)測量儀表。它具有(you)壓力損失小,儀表(biǎo)線性度較好,不受(shòu)被🚶測液體的溫度(du)、壓力、粘度等影響(xiǎng),可測量含雜質液(ye)體,量程寬,對同一(yī)台儀表來說🔆,其量(liàng)程比可達1:100,口徑大(da),反應靈敏🐉,耐腐蝕(shi),壽命長等顯著特(tè)點。
它的不足之處(chù)是:
(1)隻能測量具有(yǒu)一定導電性的液(ye)體,要求被測介質(zhì)的電導率🙇‍♀️在🆚10一1一(yī)10“5材cm之間,相當于蒸(zheng)餾水的電導率。
(2)不(bu)能測量高溫高壓(yā)流體(測量管的絕(jué)緣襯裏材料受溫(wen)👨‍❤️‍👨度的限制造成)。
(3)受(shou)流速分布影響,在(zài)流速軸對稱分布(bù)的情況下,流量信(xìn)号與平均流速成(cheng)正比,如破壞了流(liú)速的軸對稱分布(bu),将産生誤差,因此(cǐ)需在其前後有一(yi)定長度⛷️的直管段(duan)。
(4)易受外界電磁幹(gan)擾。
2.1基本原理
　　在磁(cí)感應強度爲B的均(jun1)勻磁場中,垂直于(yu)磁場方向放一💔内(nei)徑爲D的不導磁管(guǎn)道,當導電液體在(zài)管道内以速度V流(liu)動時,液體切割磁(ci)力線,若在管道截(jié)面上垂直于✉️磁場(chang)的直徑兩端安裝(zhuang)一對電極,隻要管(guǎn)道内流體流速分(fèn)布爲軸對稱,則兩(liǎng)電極之🏃‍♀️間産生感(gan)應電動勢e,根據法(fǎ)拉第電磁感應原(yuán)理:
E=BD`U·······················(1)
則體積流量爲(wèi)·······················(2)
兩式中:e一感應電(diàn)動勢(V)
B—磁感應強度(dù)(wb/m2)
D一管道内徑(m)
`U 一流(liú)體平均流速(m/s)
Qv—流體(tǐ)體積流量(m3/h)
要使式(shi)(2)嚴格成立,必須使(shi)測量條件滿足于(yú):
(l)磁場是均勻分布(bu)的恒定磁場
(2)被測(ce)流體的流速爲軸(zhou)對稱分布
(3)被測液(yè)體是非磁性的,電(dian)導率均勻且各向(xiàng)同性
2.2測量系統組(zǔ)成
　　基本系統由傳(chuan)感器(變送器、檢測(ce)器)和轉換器兩部(bu)分組成,僅完⭐成流(liu)量的檢測,在基本(ben)系統後加裝流量(liang)積算器,可實現累(lèi)積流量的功能,如(ru)若接入計算機系(xì)統,則不僅🌈可顯示(shi)👄瞬時流量、累積流(liu)量、日期、時間等功(gong)能,還具有開👄方比(bǐ)例積🏃‍♂️算器和定值(zhi)輸出等🛀功能,可完(wán)成打印、通訊和♍聯(lian)網,實現自動控制(zhi)。
　　傳感器有管道式(shi)、潛水式、插入式三(sān)種形式。當采用👨‍❤️‍👨帶(dài)壓開孔、帶壓安裝(zhuāng)技術後,可在不停(tíng)車(停水)的情況下(xia)安裝,也可在鑄鐵(tie)管上安裝, 插入式(shi)電磁流量計 爲大(dà)口徑管道流體流(liu)量的測量提供了(le)一種新的方式,并(bing)具有安裝優勢和(he)價格優勢。
3電磁流(liú)量計誤差來源的(de)初步分析
3.1非軸對(dui)稱流動引起的誤(wù)差
　　流體在管内流(liú)速爲軸對稱分布(bù)時,流量計電極上(shang)所産生的🛀🏻感應電(dian)動勢的大小與流(liu)體的流動狀态無(wú)關,與流體的平均(jun1)流速成正比。每個(gè)流動質點相♌對于(yu)電極幾何位置的(de)不同,對電極所産(chǎn)生的感應電動勢(shì)e的貢獻也不同,愈(yù)靠近電極的質點(diǎn)、速度越😍大的質點(dian),對e的貢獻越大,因(yin)此必須保🌈證流體(ti)的流🔆速爲軸對稱(cheng)。
　　當管道未充滿流(liu)體或由于閥門、彎(wān)頭、三通接頭的影(yǐng)響,管㊙️路内流體将(jiang)産生遊渦流,直接(jie)破壞流體流速的(de)軸對稱分布。根據(jù)理論分析,由于流(liu)速分布和👅渦流的(de)影響,流🏃‍♂️量計上✉️遊(yóu)直管段應有一定(dìng)的長度,按附加誤(wù)差不影響流量計(ji)精🏃🏻‍♂️度(約0.5%)的原🔴則,其(qi)上遊直管段長度(dù)應爲5D,下遊直管段(duàn)一般可取2D。
3.2電導率(lǜ)對測量誤差的影(yǐng)響
　　電導率的降低(di),将增加檢測器的(de)輸出阻抗,并且因(yin)🈚轉換器輸入阻抗(kàng)引起的負載效應(yīng)而産生誤差,同時(shí),将增加靜電感應(yīng)的噪聲,降低流量(liang)計的信噪比。電導(dao)率高于10-1s/cm時🐇,也會降(jiang)低流量信号,改變(bian)指示值。
　　檢測器的(de)輸出阻抗決定轉(zhuan)換器的輸入阻抗(kang)的大小。檢測器的(de)🎯輸出阻抗由流體(tǐ)的電導率和電極(ji)的大小所支配。
　　當(dang)直徑爲dl(m)的圓闆電(diàn)極與電導率爲s(s/m)的(de)半無限展寬的流(liu)體接觸時,其展寬(kuān)電阻爲1/2sdl（Ω）。因此,如管(guan)道直徑D》dl.則㊙️檢測器(qì)的輸出❤️阻抗爲兩(liǎng)個展寬電阻之和(hé),即等于1/sdl。
　　取流體電(dian)導率的下限爲5~20μs/cm,電(dian)極直徑爲0.5cm,則檢測(ce)器的輸出阻抗爲(wei)400~100kΩ,爲将輸出阻抗的(de)影響控制在0.1%以下(xia),轉🌂換器的輸入阻(zǔ)抗應是40OMΩ。
　　自來水、原(yuan)水的電導率約在(zài)15~500μs之間,大于電磁流(liu)量計電導率要求(qiu)5μs/cm的最低值,能滿足(zu)水計量用表的要(yào)求。
3.3信号傳輸電纜(lǎn)的影響
　　檢測器與(yu)轉換器間的距離(lí)應盡量縮短,使兩(liǎng)者盡📐可能靠近🥰,檢(jian)㊙️測器與轉換器之(zhi)間的距離由信号(hào)分布電容和被測(ce)液體的電⛱️導率所(suo)決定。電導率與電(dian)纜長度的關系見(jiàn)下圖。

　　實際使用中(zhong)信号傳輸電纜的(de)電容影響:當檢測(cè)器與轉換器之間(jiān)的電纜長度超過(guò)30m時,由電纜電容引(yǐn)起的負載效應就(jiù)成爲一個問題,這(zhè)時可使用雙芯✨雙(shuang)層屏蔽電纜,用低(dī)阻🐅抗的電壓源對(duì)内側屏蔽層💛加以(yǐ)與芯線相同的電(dian)壓,以形成屏蔽,使(shǐ)兩者之間⭐無電流(liú)通過,從而可避免(miǎn)電纜的負載效應(yīng)的存在,信号電纜(lǎn)的長💚度可延長到(dào)3O0m左右。
3.4電極表面污(wu)染的影響
　　在測量(liang)有附着沉澱物的(de)流體時,電極表面(mian)将受到污染,常☔常(chang)‼️引起零點漂移,零(ling)點變化和電極污(wu)染程度兩者之間(jiān)的關系複雜,但可(ke)以說,電極直徑越(yue)小,所受影響也越(yuè)小,在使用中,應🐆注(zhu)意電極的定期清(qīng)洗,現已有亂闆式(shi)電⛷️磁流量計,可有(you)效地解決這一❄️問(wèn)題。
3.5勵磁方式的影(yǐng)響
　　現電磁流量計(jì)大都采用了恒定(ding)電流的低頻方波(bo)勵磁方式,用開關(guan)回路把直流恒流(liú)回路的輸出電🚶流(liu)周期性地交換極(jí)♊性,産生方波勵磁(cí)電流。勵磁電流的(de)極🐇性轉換💯周期選(xuǎn)🌈擇爲工業交流電(dian)周期的偶數倍,這(zhe)樣可消除工業頻(pin)率的噪聲,排除了(le)交流磁場的電渦(wo)流和直流磁場的(de)極化幹擾♉,使得精(jīng)度可達到0.5%以上。
3.6安(an)裝的影響
　　配置和(he)配管的基本條件(jiàn)是:檢測器内應充(chong)滿被測👉介質流體(tǐ)💋,避免氣泡在電極(jí)上的附着,避免沉(chen)澱和襯裏🐕的局部(bu)磨損。
　　電極檢測出(chū)的信号是以檢測(cè)器内液體電位爲(wèi)基🔴準的,僅有數⛱️mV的(de)微小交流電勢。爲(wei)了使液體電位穩(wěn)定并使變送器與(yu)流體保持等電位(wèi),以保證穩定地🚶進(jìn)行測♋量,檢測器、轉(zhuan)換☁️器和金屬管兩(liang)段,均應有良好的(de)接地。良好的接地(di)可保證流量計的(de)準确工作,排除其(qi)它不😘相關的幹擾(rao)電波。但應注意要(yao)采用同一點接地(dì),并不⭕得與其它電(diàn)器設備共用接地(di)線。接✔️地電阻應小(xiǎo)于10n,安裝時還應避(bi)開具有強磁場的(de)設備和環境溫度(du)過高的地方。
3.7液體(ti)流動狀态和平均(jun)流速的影響
(1)層流(liu)和紊流
　　由流體力(li)學中的雷諾實檢(jiǎn)可知,在平直圓管(guǎn)中,流體👄流動的類(lei)型可分爲層流(滞(zhi)流)與紊流(湍流)兩(liang)大類,用雷諾📐數Re大(da)小來加以區别。當(dāng)Re≤2000時,爲層流;Re≥4000時,爲紊(wen)流;Re=2000~4000之間時,可能是(shi)層流♉,也可能是紊(wěn)流,一般稱爲過渡(du)流。

流體處于紊流(liú)時,在半徑方向上(shang)距管路中心軸線(xian)rx處的最大流速Ux用(yong)下式計算:

(3)、（4）兩式中(zhōng)：
Ux—距管路中心軸線(xiàn)xr處的最大流速(m八(ba))
Umax—管路中心軸線處(chu)的最大流速(m/s)
rx—管壁(bi)内側距管中心軸(zhou)線處X點的距離(m)
R—管(guǎn)道的半徑(m)
n—與雷諾(nuò)數有關的尼庫拉(lā)茲(Nikuradse)系數。
　　層流時,由(you)式3可知,流速變化(hua)爲抛物線分布,在(zài)管路中心軸🐕線處(chu)達到最大Umax,即使Re值(zhí)發生變化,流速分(fen)布狀态也不改變(bian),(見圖a)。紊流時,由式(shì)4可知,其流速分布(bù)在管路内壁的近(jìn)旁比層流時的流(liú)速大,流速分布形(xing)狀随雷諾數變化(huà)而發生改變,見(圖(tu)b)。

①流(liú)體常用流速範圍(wéi)與雷諾數關系見(jiàn)表1。
以水爲例:取p=1000kg/m3
Μ=101×10-5N×S/ m3
②平(píng)均速度點
根據尼(ní)庫拉茲(Nikuardse)算式,當流(liú)體處于湍流狀态(tài)時:

上表中:管道中(zhong)流體處于紊流狀(zhuang)态


雷諾數與尼庫(ku)拉茲系數的關系(xi)見表2。

當n=7.0時rx=0.24228R即r=0.12lD
n=9.9時xr=0.23682R即(jí)r=0.118n
D爲管道内徑,則xr≈0.12D
結(jié)論:當管道中心處(chù)的流體處于紊流(liu)狀态時,在離管内(nei)壁0.12D處的速度可表(biao)示爲平均速度,在(zai)2.56×10-4≤Re≤3.07×106時,誤差小于1.14%(即同(tóng)一儀表在量程比(bi)可高達1:100時)。同時也(yě)得出了儀表電極(jí)的插入深度♋。由(5)可(ke)以很方便㊙️的得出(chu)插入深度對測量(liàng)所造成的誤差。
4經(jing)濟效益
　　電磁流量(liàng)計的采用,對水資(zi)源管理起到了較(jiào)大的作用,取得✨了(le)明顯的經濟效益(yi)。可以相信,随着科(ke)學技術的不☂️斷進(jin)步,電磁流🔞量計生(shēng)産水平的不斷提(tí)高,性能的不斷完(wan)善,其應用範圍必(bì)将更爲廣泛。

以上(shang)内容來源于網絡(luo)，如有侵權請聯系(xi)即删除!