提(ti)要：爲解(jie)決大口(kou)徑管道(dao)工業用(yong)水計量(liang)間題,在(zai)使用認(ren)證和科(ke)學鑒定(ding)荃礎上(shang).選定電(dian)磁流量(liang)計 作爲(wei)計量表(biao)計。本文(wen)介紹電(dian)磁流橄(gan)計的工(gong)作原理(li)和安裝(zhuang)使🔞用中(zhong)應注意(yi)的問題(ti),介紹了(le)該公司(si)開展工(gong)業水計(ji)量工作(zuo)後所取(qu)得的顯(xian)著經濟(ji)效益。
　　采(cai)用地下(xia)大口徑(jing)鑄鐵管(guan)道環路(lu)供水,水(shui)質較好(hao),電導率(lü)較低,但(dan)水中含(han)有漂浮(fu)物及水(shui)生物,如(ru)塑料袋(dai)、水草、小(xiao)魚、菜葉(ye)等。如何(he)解🥰決大(da)口徑管(guan)道工業(ye)用水的(de)計量問(wen)題,是一(yi)個長期(qi)困擾❄️公(gong)司計控(kong)人員的(de)一大難(nan)題,經過(guo)慎重的(de)探讨和(he)論🏃🏻‍♂️證,認(ren)爲可在(zai)速度式(shi)🌈流量儀(yi)表中,選(xuan)擇出比(bi)較适合(he)的計量(liang)用表。由(you)此,先☁️後(hou)在不同(tong)的大㊙️口(kou)徑工業(ye)用水管(guan)路上安(an)裝了 超(chao)聲波流(liu)量計 、 渦(wo)街流量(liang)計 、電磁(ci)流量計(ji)等儀表(biao),以期實(shi)現這一(yi)目的。
1流(liu)量計的(de)選擇
　　由(you)于大口(kou)徑管道(dao)水中漂(piao)浮物、水(shui)生物和(he)所用鑄(zhu)鐵管的(de)影響,超(chao)聲流量(liang)計、渦街(jie)流量計(ji)不适用(yong)。如氟化(hua)廠管道(dao)上安裝(zhuang)📧的超😍聲(sheng)波流量(liang)計,由于(yu)外界因(yin)素和流(liu)體中♊漂(piao)浮物的(de)幹擾,一(yi)直無法(fa)正常運(yun)行;錦綸(lun)廠管道(dao)上安裝(zhuang)的渦街(jie)流量計(ji),由于流(liu)體中的(de)水草、塑(su)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼料袋等(deng)的影響(xiang),使旋渦(wo)發生體(ti)的下方(fang)形不成(cheng)渦街,緻(zhi)使流量(liang)計🌈無法(fa)工作。而(er)在制✂️藥(yao)廠、合成(cheng)氨廠尿(niao)素🙇🏻車間(jian)工業用(yong)水管道(dao)上安裝(zhuang)的電磁(ci)流量計(ji),獲得了(le)滿🏃意的(de)測量效(xiao)果。由♈此(ci)認爲電(dian)磁流量(liang)計是目(mu)前解決(jue)我公司(si)大口徑(jing)管道工(gong)業用🌈水(shui)計量間(jian)題較爲(wei)理想的(de)表計。
2電(dian)磁流量(liang)計
　　電磁(ci)流量計(ji)是應用(yong)法拉第(di)電磁感(gan)應原理(li)制成的(de)測🏃量⚽導(dao)電介質(zhi)體積流(liu)量的新(xin)型感應(ying)式流量(liang)測量儀(yi)表。它具(ju)🌈有壓力(li)損㊙️失小(xiao)⭕,儀表線(xian)性度較(jiao)好,不受(shou)被測液(ye)體的溫(wen)度、壓力(li)、粘度等(deng)影響,可(ke)測量含(han)雜質液(ye)體,量程(cheng)寬,對同(tong)一台儀(yi)表來說(shuo)♉,其量程(cheng)比可達(da)1:100,口徑🈲大(da),反應靈(ling)敏,耐腐(fu)蝕,壽命(ming)長等顯(xian)著特點(dian)。
它的不(bu)足之處(chu)是:
(1)隻能(neng)測量具(ju)有一定(ding)導電性(xing)的液體(ti),要求被(bei)測介質(zhi)的電導(dao)率在🔱10一(yi)1一10“5材cm之(zhi)間,相當(dang)于蒸餾(liu)水的電(dian)導率。
(2)不(bu)能測量(liang)高溫高(gao)壓流體(ti)(測量管(guan)的絕緣(yuan)襯裏材(cai)料受溫(wen)度的限(xian)制造成(cheng))。
(3)受流速(su)分布影(ying)響,在流(liu)速軸對(dui)稱分布(bu)的情況(kuang)下,流‼️量(liang)㊙️信号與(yu)平均流(liu)速成正(zheng)比,如破(po)壞了流(liu)速的軸(zhou)對稱分(fen)布,将産(chan)生誤差(cha)⭐,因此需(xu)在其前(qian)後有一(yi)定長度(du)的直管(guan)段。
(4)易受(shou)外界電(dian)磁幹擾(rao)。
2.1基本原(yuan)理
　　在磁(ci)感應強(qiang)度爲B的(de)均勻磁(ci)場中,垂(chui)直于磁(ci)場方向(xiang)放一内(nei)徑爲D的(de)不導磁(ci)管道,當(dang)導電液(ye)體在管(guan)道内以(yi)速度V流(liu)動時,液(ye)體切割(ge)磁力線(xian),若在管(guan)道截面(mian)上垂直(zhi)于磁場(chang)的直徑(jing)兩🐆端安(an)裝一對(dui)電極,隻(zhi)要管道(dao)内流體(ti)流速分(fen)布爲軸(zhou)對稱,則(ze)兩電極(ji)之間産(chan)生感應(ying)電動勢(shi)e,根據法(fa)拉第電(dian)磁感應(ying)原理㊙️:
E=BD`U·······················(1)
則(ze)體積流(liu)量爲·······················(2)
兩(liang)式中:e一(yi)感應電(dian)動勢(V)
B—磁(ci)感應強(qiang)度(wb/m2)
D一管(guan)道内徑(jing)(m)
`U 一流體(ti)平均流(liu)速(m/s)
Qv—流體(ti)體積流(liu)量(m3/h)
要使(shi)式(2)嚴格(ge)成立,必(bi)須使測(ce)量條件(jian)滿足于(yu):
(l)磁場是(shi)均勻分(fen)布的恒(heng)定磁場(chang)
(2)被測流(liu)體的流(liu)速爲軸(zhou)對稱分(fen)布
(3)被測(ce)液體是(shi)非磁性(xing)的,電導(dao)率均勻(yun)且各向(xiang)同性
2.2測(ce)量系統(tong)組成
　　基(ji)本系統(tong)由傳感(gan)器(變送(song)器、檢測(ce)器)和轉(zhuan)換器兩(liang)部分組(zu)成,僅完(wan)成流量(liang)的檢測(ce),在基本(ben)系統後(hou)加裝流(liu)量積算(suan)器,可實(shi)現累🚶‍♀️積(ji)流量的(de)功能,如(ru)若接入(ru)計算機(ji)系統,則(ze)不僅可(ke)顯示瞬(shun)時流量(liang)、累積流(liu)量、日期(qi)、時間等(deng)功能,還(hai)具有開(kai)⁉️方比例(li)積😘算器(qi)和定🤞值(zhi)輸出等(deng)功能,可(ke)完成打(da)印、通訊(xun)和聯網(wang),實現自(zi)動控制(zhi)。
　　傳感器(qi)有管道(dao)式、潛水(shui)式、插入(ru)式三種(zhong)形式。當(dang)采用🚩帶(dai)壓開孔(kong)、帶壓安(an)裝技術(shu)後,可在(zai)不停車(che)(停水)的(de)情況下(xia)安裝,也(ye)可🔞在鑄(zhu)鐵管上(shang)安裝, 插(cha)入式電(dian)磁流量(liang)計 爲大(da)口徑管(guan)道流體(ti)流量的(de)測量提(ti)供了一(yi)種新的(de)方式,并(bing)具有安(an)裝優勢(shi)和價格(ge)優勢。
3電(dian)磁流量(liang)計誤差(cha)來源的(de)初步分(fen)析
3.1非軸(zhou)對稱流(liu)動引起(qi)的誤差(cha)
　　流體在(zai)管内流(liu)速爲軸(zhou)對稱分(fen)布時,流(liu)量計電(dian)極上所(suo)産生的(de)感應電(dian)動勢的(de)大小與(yu)流體的(de)流動狀(zhuang)态無關(guan),與流體(ti)的🌏平均(jun)流速成(cheng)正比。每(mei)個流動(dong)質點相(xiang)對于電(dian)極幾何(he)位置的(de)不同,對(dui)電極所(suo)産生的(de)感應電(dian)動勢e的(de)貢獻也(ye)不同,愈(yu)靠近電(dian)極的質(zhi)🐅點、速度(du)越大的(de)質點,對(dui)e的貢獻(xian)越大,因(yin)此必須(xu)保證流(liu)體的流(liu)速爲軸(zhou)對稱。
　　當(dang)管道未(wei)充滿流(liu)體或由(you)于閥門(men)、彎頭、三(san)通接頭(tou)的影響(xiang),管路内(nei)流體将(jiang)産生遊(you)渦流,直(zhi)接破壞(huai)流體流(liu)♊速的軸(zhou)對稱分(fen)布。根據(ju)理論分(fen)析,由于(yu)流速分(fen)布和⚽渦(wo)流的影(ying)響,流量(liang)計上遊(you)直管段(duan)應有一(yi)定的長(zhang)度,按附(fu)加誤差(cha)不影響(xiang)流量計(ji)精度(約(yue)0.5%)的原則(ze),其上遊(you)直管段(duan)長度應(ying)爲5D,下遊(you)直🤩管段(duan)一般可(ke)取2D。
3.2電導(dao)率對測(ce)量誤差(cha)的影響(xiang)
　　電導率(lü)的降低(di),将增加(jia)檢測器(qi)的輸出(chu)阻抗,并(bing)且因轉(zhuan)🏃🏻‍♂️換器輸(shu)入阻抗(kang)引起的(de)負載效(xiao)應而産(chan)生誤差(cha),同時,将(jiang)增加靜(jing)電感應(ying)的噪聲(sheng),降低流(liu)量計的(de)信噪比(bi)。電導率(lü)高于10-1s/cm時(shi),也會降(jiang)低流量(liang)信号,改(gai)變指示(shi)值。
　　檢測(ce)器的輸(shu)出阻抗(kang)決定轉(zhuan)換器的(de)輸入阻(zu)抗的大(da)小。檢🌈測(ce)🐇器的輸(shu)出阻抗(kang)由流體(ti)的電導(dao)率和電(dian)極的大(da)小所支(zhi)配。
　　當直(zhi)徑爲dl(m)的(de)圓闆電(dian)極與電(dian)導率爲(wei)s(s/m)的半無(wu)限展寬(kuan)㊙️的流體(ti)接觸時(shi),其展寬(kuan)電阻爲(wei)1/2sdl（Ω）。因此,如(ru)管道直(zhi)徑D》dl.則檢(jian)測器的(de)輸出阻(zu)抗爲兩(liang)個展寬(kuan)電阻之(zhi)和,即等(deng)于1/sdl。
　　取流(liu)體電導(dao)率的下(xia)限爲5~20μs/cm,電(dian)極直徑(jing)爲0.5cm,則檢(jian)測器的(de)輸🈚出阻(zu)抗爲400~100kΩ,爲(wei)将輸出(chu)阻抗的(de)影響控(kong)制在0.1%以(yi)下,轉換(huan)器的輸(shu)入阻💰抗(kang)應是40OMΩ。
　　自(zi)來水、原(yuan)水的電(dian)導率約(yue)在15~500μs之間(jian),大于電(dian)磁流量(liang)計電導(dao)率要求(qiu)5μs/cm的最低(di)值,能滿(man)足水計(ji)量用表(biao)的要求(qiu)🏃。
3.3信号傳(chuan)輸電纜(lan)的影響(xiang)
　　檢測器(qi)與轉換(huan)器間的(de)距離應(ying)盡量縮(suo)短,使兩(liang)者盡可(ke)能💘靠近(jin),檢測器(qi)與轉換(huan)器之間(jian)的距離(li)由信号(hao)分布電(dian)容和被(bei)測液體(ti)的電導(dao)率所決(jue)定。電導(dao)率與電(dian)纜長度(du)的關系(xi)見下圖(tu)。

　　實際使(shi)用中信(xin)号傳輸(shu)電纜的(de)電容影(ying)響:當檢(jian)測器與(yu)轉換🔱器(qi)之間的(de)電纜長(zhang)度超過(guo)30m時,由電(dian)纜電容(rong)引起的(de)負載效(xiao)應就成(cheng)爲一☁️個(ge)問題,這(zhe)時可使(shi)用雙芯(xin)雙層屏(ping)🚶‍♀️蔽電纜(lan),用低阻(zu)❗抗的電(dian)壓源對(dui)内側屏(ping)蔽層加(jia)以與芯(xin)☎️線相同(tong)的電壓(ya),以形成(cheng)屏蔽,使(shi)兩者之(zhi)間無電(dian)流通過(guo),從而可(ke)避免電(dian)纜的負(fu)載🛀效應(ying)的存在(zai),信号電(dian)纜的長(zhang)度可延(yan)長到3O0m左(zuo)右。
3.4電極(ji)表面污(wu)染的影(ying)響
　　在測(ce)量有附(fu)着沉澱(dian)物的流(liu)體時,電(dian)極表面(mian)将受到(dao)污染,常(chang)常引起(qi)零點漂(piao)移,零點(dian)變化和(he)電極污(wu)染程度(du)兩者之(zhi)間的關(guan)系複雜(za)❌,但可以(yi)說,電極(ji)直徑越(yue)小,所受(shou)影響也(ye)越小,在(zai)使用中(zhong),應注意(yi)電極的(de)定期清(qing)洗,現已(yi)有亂闆(pan)式電磁(ci)流量計(ji),可有效(xiao)地解決(jue)這一問(wen)題。
3.5勵磁(ci)方式的(de)影響
　　現(xian)電磁流(liu)量計大(da)都采用(yong)了恒定(ding)電流的(de)低頻方(fang)波💞勵磁(ci)方式,用(yong)開關回(hui)路把直(zhi)流恒流(liu)回路的(de)輸出電(dian)流周期(qi)性地交(jiao)👅換極性(xing),産生方(fang)波勵磁(ci)電流。勵(li)磁電流(liu)的極性(xing)轉換♻️周(zhou)期選擇(ze)爲工業(ye)交流🔴電(dian)周期的(de)偶數倍(bei),這樣可(ke)消除工(gong)業頻率(lü)的噪聲(sheng),排除了(le)交流磁(ci)場的電(dian)渦流💚和(he)直流磁(ci)場的極(ji)化幹擾(rao),使得精(jing)度可達(da)到0.5%以上(shang)。
3.6安裝的(de)影響
　　配(pei)置和配(pei)管的基(ji)本條件(jian)是:檢測(ce)器内應(ying)充滿被(bei)測介質(zhi)流體,避(bi)免氣泡(pao)在電極(ji)上的附(fu)着,避免(mian)沉澱和(he)襯裏的(de)局🏃部磨(mo)損。
　　電極(ji)檢測出(chu)的信号(hao)是以檢(jian)測器内(nei)液體電(dian)位爲基(ji)🍓準的,僅(jin)☂️有⚽數mV的(de)微小交(jiao)流電勢(shi)。爲了使(shi)液體電(dian)位穩☂️定(ding)并🐅使變(bian)送器與(yu)流✂️體保(bao)持等電(dian)位,以保(bao)證穩定(ding)地進行(hang)測量,檢(jian)測器、轉(zhuan)換☀️器和(he)金屬管(guan)兩段,均(jun)應有良(liang)好的接(jie)地。良好(hao)的接地(di)可保證(zheng)流量計(ji)的準确(que)工作,排(pai)除其它(ta)不相關(guan)的幹擾(rao)電波。但(dan)應注意(yi)要采用(yong)同一點(dian)接地,并(bing)✨不得與(yu)其它電(dian)器設備(bei)共用接(jie)地線。接(jie)地電阻(zu)應小于(yu)10n,安裝時(shi)還應避(bi)開具有(you)強磁場(chang)的設🈲備(bei)和環境(jing)溫度過(guo)高的地(di)方。
3.7液體(ti)流動狀(zhuang)态和平(ping)均流速(su)的影響(xiang)
(1)層流和(he)紊流
　　由(you)流體力(li)學中的(de)雷諾實(shi)檢可知(zhi),在平直(zhi)圓管中(zhong),流體流(liu)動的類(lei)型可分(fen)爲層流(liu)(滞流)與(yu)紊流(湍(tuan)流)兩大(da)類,用🔞雷(lei)諾數Re大(da)小來加(jia)以區别(bie)。當Re≤2000時,爲(wei)層流;Re≥4000時(shi),爲紊流(liu);Re=2000~4000之間📧時(shi),可能是(shi)層流⚽,也(ye)可能是(shi)紊流,一(yi)般稱爲(wei)過渡流(liu)。

流體處(chu)于紊流(liu)時,在半(ban)徑方向(xiang)上距管(guan)路中心(xin)軸線rx處(chu)的最大(da)流速Ux用(yong)下式計(ji)算:

(3)、（4）兩式(shi)中：
Ux—距管(guan)路中心(xin)軸線xr處(chu)的最大(da)流速(m八(ba))
Umax—管路中(zhong)心軸線(xian)處的最(zui)大流速(su)(m/s)
rx—管壁内(nei)側距管(guan)中心軸(zhou)線處X點(dian)的距離(li)(m)
R—管道的(de)半徑(m)
n—與(yu)雷諾數(shu)有關的(de)尼庫拉(la)茲(Nikuradse)系數(shu)。
　　層流時(shi),由式3可(ke)知,流速(su)變化爲(wei)抛物線(xian)分布,在(zai)管路中(zhong)心❤️軸線(xian)♈處達到(dao)最大Umax,即(ji)使Re值發(fa)生變化(hua),流速分(fen)布狀态(tai)也不改(gai)變,(見圖(tu)a)。紊流👉時(shi),由式4可(ke)知,其流(liu)速分布(bu)在管路(lu)内壁的(de)近旁比(bi)層流時(shi)的流速(su)大,流速(su)分布形(xing)狀随雷(lei)諾數變(bian)化而發(fa)生改變(bian),見(圖b)。

①流體(ti)常用流(liu)速範圍(wei)與雷諾(nuo)數關系(xi)見表1。
以(yi)水爲例(li):取p=1000kg/m3
Μ=101×10-5N×S/ m3
②平均(jun)速度點(dian)
根據尼(ni)庫拉茲(zi)(Nikuardse)算式,當(dang)流體處(chu)于湍流(liu)狀态時(shi):

上表中(zhong):管道中(zhong)流體處(chu)于紊流(liu)狀态


雷(lei)諾數與(yu)尼庫拉(la)茲系數(shu)的關系(xi)見表2。

當(dang)n=7.0時rx=0.24228R即r=0.12lD
n=9.9時(shi)xr=0.23682R即r=0.118n
D爲管(guan)道内徑(jing),則xr≈0.12D
結論(lun):當管道(dao)中心處(chu)的流體(ti)處于紊(wen)流狀态(tai)時,在離(li)管内㊙️壁(bi)👨‍❤️‍👨0.12D處的速(su)度可表(biao)示爲平(ping)均速度(du),在2.56×10-4≤Re≤3.07×106時,誤(wu)差小👄于(yu)1.14%(即同一(yi)儀表在(zai)量🚶‍♀️程比(bi)🤞可高達(da)1:100時)。同時(shi)也得出(chu)了儀表(biao)電極的(de)插入深(shen)度。由(5)可(ke)以很方(fang)便的得(de)出插入(ru)深度對(dui)測量所(suo)造成的(de)誤差。
4經(jing)濟效益(yi)
　　電磁流(liu)量計的(de)采用,對(dui)水資源(yuan)管理起(qi)到了較(jiao)大的作(zuo)用,取✔️得(de)了😄明顯(xian)的經濟(ji)效益。可(ke)以相信(xin),随着科(ke)學技術(shu)💯的不斷(duan)進步,電(dian)磁流量(liang)計生産(chan)水平的(de)不斷提(ti)高,性能(neng)的不斷(duan)完善,其(qi)應用範(fan)圍必将(jiang)更爲廣(guang)泛。

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