摘要:環(huan)境保護(hu)是我國(guo)的基本(ben)國策之(zhi)一,工業(ye)污水🔞的(de)計量越(yue)來越引(yin)起重視(shi)。介紹了(le)一種專(zhuan)爲非滿(man)管狀态(tai)下的流(liu)量測量(liang)而設🔞計(ji)的流量(liang)計,簡單(dan)介紹了(le)非滿管(guan)電磁流(liu)量計 的(de)測量原(yuan)理,着重(zhong)描述了(le)其獨特(te)的電容(rong)液位測(ce)量系統(tong),分析了(le)❄️非滿管(guan)電磁流(liu)量計在(zai)污水測(ce)量應用(yong)中的特(te)點及優(you)🔞勢。
0　引言(yan)
　　環境保(bao)護已經(jing)成爲我(wo)國經濟(ji)持續發(fa)展的基(ji)本國策(ce),在國家(jia)環境保(bao)護政策(ce)推動下(xia),企業對(dui)環保工(gong)作越來(lai)越予以(yi)重視,生(sheng)産過程(cheng)中産生(sheng)的污水(shui)要嚴格(ge)控制其(qi)排放量(liang),爲此要(yao)求安裝(zhuang)流量計(ji)⁉️來計量(liang)污水排(pai)放量。
　　工(gong)業排水(shui)的流體(ti)流動都(dou)是自然(ran)流動,流(liu)量大,非(fei)滿🤟管🌈并(bing)且具有(you)自由水(shui)面,正确(que)地進行(hang)測量有(you)一定的(de)難度。以(yi)前多采(cai)用傳統(tong)槽式流(liu)量計,不(bu)僅精度(du)較低,而(er)且帶來(lai)較大的(de)水流✊損(sun)失,同時(shi)對上遊(you)渠道的(de)坡度及(ji)下遊水(shui)深也均(jun)有一定(ding)的要求(qiu),當不能(neng)滿足條(tiao)件時測(ce)量精度(du)會降低(di),有㊙️時甚(shen)至無法(fa)♈進行測(ce)量。如果(guo)用電磁(ci)流💃🏻量計(ji)來測量(liang)污水,則(ze)需要建(jian)造額外(wai)的閘闆(pan)和堰闆(pan)以保證(zheng)滿管⚽,這(zhe)些附加(jia)的安裝(zhuang)費用經(jing)常會超(chao)出流量(liang)計本♻️身(shen)的費用(yong),大口徑(jing)管道時(shi)更是如(ru)此,而且(qie)還增加(jia)了管道(dao)堵塞的(de)可能性(xing)。随着♌測(ce)量技術(shu)的不斷(duan)發展🏃🏻‍♂️,目(mu)前電磁(ci)和超聲(sheng)波技術(shu)都能對(dui)非滿管(guan)流體流(liu)量進行(hang)測量。
1　測(ce)量原理(li)
　　 電磁流(liu)量計 是(shi)20世紀50～60年(nian)代随着(zhe)電子技(ji)術的發(fa)展而迅(xun)速發展(zhan)起來的(de)新型流(liu)📱量儀表(biao),由于其(qi)獨特的(de)優點,廣(guang)泛應用(yong)于工業(ye)過👄程中(zhong)各種導(dao)電🏃‍♀️液體(ti)的流量(liang)測量,在(zai)目前🥰使(shi)用的各(ge)類流量(liang)計中🍉,其(qi)銷量⭐僅(jin)次于 孔(kong)闆流量(liang)計 ,位居(ju)第2位。
　　電(dian)磁流量(liang)計是根(gen)據法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律制成(cheng)的,其測(ce)量原理(li)如下:當(dang)導電的(de)被測介(jie)質垂直(zhi)于磁力(li)線方向(xiang)流動時(shi),在與介(jie)質流動(dong)和磁力(li)線都垂(chui)直的方(fang)向上産(chan)生一👅個(ge)感應電(dian)勢Ex,它與(yu)被測介(jie)質在磁(ci)場中運(yun)動的速(su)度成正(zheng)🧡比,其關(guan)系式爲(wei)
Ex=KBDv
式中:K爲(wei)儀表常(chang)數;B爲磁(ci)感應強(qiang)度;D爲電(dian)極距離(li),即導管(guan)直徑,爲(wei)導體垂(chui)直切割(ge)磁力線(xian)的長度(du);v爲被測(ce)介質在(zai)磁場🚩中(zhong)運🍓動的(de)速度。
由(you)感應電(dian)勢可以(yi)計算出(chu)流體流(liu)速,将流(liu)體流速(su)管道截(jie)面積相(xiang)乘,即可(ke)得出體(ti)積流量(liang)Q。
　　普通的(de)電磁流(liu)量計一(yi)直用于(yu)滿管測(ce)量[1],當測(ce)量管🙇🏻中(zhong)液體未(wei)被充滿(man)時,普通(tong)的電磁(ci)流量計(ji)會出現(xian)兩種情(qing)況:1)當測(ce)量管内(nei)的液體(ti)超過電(dian)極水平(ping)面時,流(liu)量計所(suo)顯示的(de)是實際(ji)液體的(de)體積流(liu)量加上(shang)空氣所(suo)占據的(de)那部分(fen)體積之(zhi)和,造成(cheng)流量誤(wu)差。2)當測(ce)量✨管内(nei)的液體(ti)低于電(dian)極水平(ping)面時,輸(shu)出就不(bu)穩定或(huo)🔱波動,流(liu)量計不(bu)能測出(chu)電動勢(shi),根本無(wu)法計量(liang)。
　　非滿管(guan)電磁流(liu)量計是(shi)專爲非(fei)滿管狀(zhuang)态下的(de)流量測(ce)量而設(she)計的,它(ta)與普通(tong)電磁流(liu)量計的(de)不同之(zhi)處在于(yu)🙇‍♀️它不💜僅(jin)測量流(liu)💚體的流(liu)速,還測(ce)量流體(ti)在測量(liang)管中的(de)🔴高度而(er)求得流(liu)通面積(ji)A,兩者相(xiang)乘獲得(de)流量。
　　非(fei)滿管電(dian)磁流量(liang)計由兩(liang)部分組(zu)成,一是(shi)安裝在(zai)管道上(shang)的流量(liang)傳感器(qi),二是微(wei)處理器(qi)控制的(de)信号轉(zhuan)🆚換器。
　　流(liu)量傳感(gan)器是直(zhi)接安裝(zhuang)在管道(dao)上的同(tong)口徑圓(yuan)形💰暗渠(qu),測量流(liu)速的原(yuan)理與傳(chuan)統電磁(ci)流量計(ji)的基本(ben)相同,仍(reng)以法拉(la)弟電磁(ci)感應定(ding)律測量(liang)流速V(見(jian)圖1)。

　　因(yin)傳感器(qi)具備測(ce)量儀表(biao)内液位(wei)的功能(neng),它的電(dian)極、磁🤞路(lu)和測量(liang)電路則(ze)與普通(tong)電磁流(liu)量計有(you)較大差(cha)别。
　　電容(rong)式液位(wei)測量系(xi)統的電(dian)磁流量(liang)計,它測(ce)量流速(su)的一🏃🏻對(dui)電☔極不(bu)是安裝(zhuang)在測量(liang)管的中(zhong)心線處(chu),而是安(an)裝在離(li)測量管(guan)底部0.1D高(gao)🛀度,這樣(yang)當液位(wei)不低于(yu)0.1D時都可(ke)測出流(liu)速,而且(qie)又避免(mian)了測量(liang)管中沉(chen)澱物給(gei)測量帶(dai)來的影(ying)響。

　　電容(rong)液位測(ce)量系統(tong)[2]如圖2所(suo)示,在測(ce)量管的(de)襯裏背(bei)面安裝(zhuang)⛱️有一👣塊(kuai)檢測極(ji)和4塊發(fa)射極,被(bei)襯裏層(ceng)完全覆(fu)蓋,與管(guan)✨内液體(ti)充分絕(jue)緣。将高(gao)頻電壓(ya)引入發(fa)射極,然(ran)後測出(chu)檢測極(ji)中💃的感(gan)應電流(liu)。電極之(zhi)間的電(dian)容C與流(liu)體的高(gao)度H成一(yi)定的比(bi)例關系(xi),通過測(ce)量兩塊(kuai)金屬電(dian)極之間(jian)的電容(rong)便可得(de)知液位(wei)高度。當(dang)測量管(guan)内液位(wei)高度确(que)定後,便(bian)可🔴計算(suan)出非滿(man)管🈲流量(liang)。之所以(yi)将發射(she)極分爲(wei)數片,是(shi)爲了提(ti)高測量(liang)精度。測(ce)🌈量管底(di)部的發(fa)射極始(shi)終處在(zai)液面之(zhi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻下,可以(yi)作爲基(ji)準來💰修(xiu)正不同(tong)液☎️體的(de)不♉同電(dian)導率引(yin)起的偏(pian)🐆移量。當(dang)管内液(ye)體流速(su)大于1m/s時(shi),其測量(liang)準确率(lü)一般可(ke)達±1%FS。一般(ban)地,測量(liang)精度與(yu)♉介質流(liu)動性和(he)介質的(de)其🧑🏽‍🤝‍🧑🏻他性(xing)質如壓(ya)力、溫度(du)、黏度、密(mi)度、一📐緻(zhi)性、電導(dao)率和電(dian)極的污(wu)染⭐等無(wu)關。
　　與傳(chuan)感器配(pei)套的帶(dai)有微處(chu)理器的(de)信号轉(zhuan)換器,流(liu)💘速信号(hao)和💔液位(wei)信号引(yin)入轉換(huan)器,可以(yi)進行流(liu)量的🛀🏻計(ji)算、顯示(shi)、累積等(deng)操作,同(tong)時可以(yi)輸出電(dian)流信号(hao)或脈沖(chong)信号,接(jie)口可選(xuan)爲✉️HART,SMART或RS485。
　　信(xin)号轉換(huan)器與傳(chuan)感器之(zhi)間以專(zhuan)用電纜(lan)連接,電(dian)纜的長(zhang)度從♊減(jian)少幹擾(rao)的可能(neng)性來說(shuo)越短越(yue)好。但現(xian)🐆場受安(an)裝環境(jing)、位置的(de)限🆚制要(yao)考慮電(dian)纜的長(zhang)度問♍題(ti),它受以(yi)下3方面(mian)的限制(zhi):介質的(de)電導率(lü)、勵磁電(dian)纜的截(jie)面積、信(xin)号電纜(lan)的型号(hao)。
2　技術指(zhi)标
量程(cheng):35l/h～12000m3/h
精度:1%～2%FS
口(kou)徑範圍(wei):200～600mm
防護等(deng)級:IP67,相當(dang)于NEMA6
流速(su)範圍:1～10m/s
電(dian)導率:≥5μs/cm
工(gong)作溫度(du):-5～+60℃
工作壓(ya)力:10bar
3　安裝(zhuang)與維護(hu)
　　非滿管(guan)電磁流(liu)量計的(de)安裝與(yu)普通型(xing)電磁流(liu)量計的(de)安裝📧要(yao)⁉️求基本(ben)相同。
(1)安(an)裝地點(dian)和位置(zhi)按需要(yao)确定,但(dan)電極軸(zhou)必須水(shui)平。
(2)電磁(ci)流量計(ji)必須有(you)良好的(de)接地,以(yi)減少幹(gan)擾信号(hao)引入。接(jie)地有兩(liang)方面的(de)要求,一(yi)是傳感(gan)器與轉(zhuan)換器的(de)接地線(xian)必須與(yu)被測介(jie)質導通(tong),二是要(yao)以大地(di)爲零電(dian)位。
(3)爲避(bi)免幹擾(rao)信号,傳(chuan)感器與(yu)轉換器(qi)之間的(de)信号線(xian)必💯須采(cai)用🥵專🔴用(yong)屏蔽導(dao)線,并單(dan)獨穿在(zai)接地鋼(gang)管内,不(bu)能把信(xin)号電纜(lan)和電源(yuan)電纜安(an)放在同(tong)一鋼管(guan)中。
(4)當流(liu)量計安(an)裝在地(di)下時,需(xu)要設置(zhi)儀表井(jing)。
(5)介質流(liu)動不穩(wen)定對測(ce)量值并(bing)無影響(xiang),所以安(an)裝流量(liang)計時對(dui)✉️前✊後直(zhi)管段并(bing)無特别(bie)要求。
　　非(fei)滿管電(dian)磁流量(liang)計的維(wei)護工作(zuo)量很小(xiao),但是在(zai)運行一(yi)段✂️時🐇間(jian)以後,污(wu)水常會(hui)在傳感(gan)器内壁(bi)積聚附(fu)着層,應(ying)及時予(yu)⭐以清除(chu),否則附(fu)着層電(dian)導率與(yu)流體💋電(dian)導率不(bu)一緻時(shi),會導緻(zhi)電極🍓回(hui)路斷路(lu)或短路(lu),儀💯表不(bu)能正常(chang)工作。因(yin)此對于(yu)工業污(wu)水的測(ce)量,在 流(liu)量計 選(xuan)型時最(zui)好能保(bao)證流體(ti)流速在(zai)3～4m/s以上,這(zhe)樣可以(yi)在一定(ding)程❤️度上(shang)起到自(zi)清掃管(guan)道、防止(zhi)附着層(ceng)沉積的(de)作用。
4　應(ying)用
　　非滿(man)管電磁(ci)流量計(ji)作爲一(yi)種新型(xing)流量儀(yi)表,具有(you)無🏃可替(ti)代的優(you)勢。
從外(wai)觀上看(kan),非滿管(guan)電磁流(liu)量計與(yu)普通電(dian)磁流量(liang)計并沒(mei)🈲有什麽(me)不同,同(tong)樣具有(you)不受流(liu)體參數(shu)影響、無(wu)可👨‍❤️‍👨動部(bu)🥵件、無🐪阻(zu)流🏃‍♂️件、壓(ya)損極小(xiao)、無測量(liang)滞後現(xian)象⛹🏻‍♀️、線性(xing)輸出和(he)範圍度(du)寬等優(you)點。
　　非滿(man)管電磁(ci)流量計(ji)的測量(liang)通道是(shi)段光滑(hua)直管,不(bu)🏃🏻‍♂️會📱有阻(zu)塞現象(xiang),因此特(te)别适用(yong)于測量(liang)含固體(ti)顆粒的(de)液固二(er)相流體(ti),如紙漿(jiang)、泥漿、污(wu)水等。安(an)裝非滿(man)管🔞電磁(ci)流量計(ji),其上遊(you)不會擡(tai)高水位(wei),因💯此也(ye)不會帶(dai)來水頭(tou)損失。
　　非(fei)滿管流(liu)量計的(de)部件隻(zhi)有一對(dui)電極,不(bu)存在停(ting)工檢📱修(xiu)的問題(ti),流量管(guan)的Irathane襯裏(li)耐磨損(sun),抗腐蝕(shi)性能好(hao)。
　　非滿管(guan)電磁流(liu)量計可(ke)測的管(guan)道内液(ye)位爲截(jie)面的10%～100%,其(qi)在非滿(man)管和滿(man)管流量(liang)的情況(kuang)下均能(neng)保持良(liang)好✌️的測(ce)量精🥵度(du),這是電(dian)磁流量(liang)計研發(fa)的突破(po)。
　　在非滿(man)管測量(liang)中,測量(liang)管内液(ye)位通常(chang)會出現(xian)波動,這(zhe)🏃🏻些波動(dong),特别是(shi)當其處(chu)在電極(ji)的水平(ping)面上時(shi),能👈導緻(zhi)傳感器(qi)輸😍出信(xin)号的波(bo)動。液位(wei)測量系(xi)統中包(bao)📐含的模(mo)糊邏輯(ji)🌏和特别(bie)濾波電(dian)路很好(hao)‼️地解決(jue)了這個(ge)問題,這(zhe)就保證(zheng)了流量(liang)計在介(jie)質流動(dong)不穩定(ding)或流量(liang)分布改(gai)變的情(qing)況下仍(reng)具有穩(wen)定的測(ce)量值顯(xian)👨‍❤️‍👨示。
　　由此(ci)可見,随(sui)着環境(jing)治理力(li)度的不(bu)斷加大(da),非滿管(guan)流量計(ji)在污水(shui)測量中(zhong)的應用(yong)前景十(shi)分廣闊(kuo)。但非滿(man)管電磁(ci)流量計(ji)也存在(zai)着一些(xie)目前尚(shang)未完全(quan)解💋決的(de)問題:
(1)非(fei)滿管電(dian)磁流量(liang)計目前(qian)隻能用(yong)于圓形(xing)管的流(liu)量測量(liang)。
(2)污水治(zhi)理單位(wei)收取的(de)污水處(chu)理費常(chang)數倍甚(shen)至十‼️餘(yu)倍潔淨(jing)生活和(he)工業用(yong)水的價(jia)格,非滿(man)管電磁(ci)流量計(ji)測量精(jing)度雖然(ran)♋與傳統(tong)槽式流(liu)量計相(xiang)比大有(you)提高,但(dan)如果作(zuo)爲貿易(yi)結算,儀(yi)表精度(du)仍有待(dai)進一🐉步(bu)提高。
(3)由(you)于國内(nei)尚無非(fei)滿管電(dian)磁流量(liang)計生産(chan),國外廠(chang)商及其(qi)代理🙇🏻要(yao)☎️價甚高(gao),爲傳統(tong)儀表的(de)2～3倍以上(shang),這給非(fei)滿管電(dian)磁流量(liang)🌈計的普(pu)及帶來(lai)了一定(ding)的難度(du)。

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