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水行業中電磁流量計和渦街流量計的選型應用
2019年07月19日 14:14:38 來源:本站原創
一、電磁流量計
電磁流量計是基於法拉第電磁感應定律製成的用來測量導電介質的一種比較新型的流量測量儀表,由於電磁流量計的檢測元件基本都在測量管外,所以電磁流量計在測量髒汙流、腐蝕流、含纖維流體以及水行業等方麵有一係列優良的特性,又無流動壓損,是一類可應用於特殊場合又節能的流量儀表。
1、工作原理
電磁流量計由電磁流量傳感器和轉換器兩部分組成,傳感器安裝在工業過程管道上,它的作用是將流過管道內的液體體積流量值線性地變換成感生電勢信號,並通過傳輸線將此信號送達轉換器。轉換器安裝在傳感器上,或安裝在離傳感器不遠的地方,它將傳感器送來的流量信號進行放大,並轉換成與流量信號成正比的標準信號輸出,以進行顯示,累積和調節控製。
工作原理:“法拉第電磁感應定律”

當導電流體流過垂直於流動方向的磁場時,導電液體感應出與平均流速成正比的感應電壓E,其感應電壓通過兩個直接與流體接觸的電極檢出,經轉換器放大、濾波、整形,送至MCU,完成瞬時流量、累積流量的顯示及輸出控製。
E=KBVD
式中:E---感應電壓      K---儀表常數     B---磁感應強度V---測量管麵內平均流速        D---流量計的通徑

2、主要特點
測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響;
測量管內無阻礙流動部件,無壓損,直管段要求較低;
轉換器采用特殊勵磁方式,功耗低、零點穩定、精確度高;
擁有寬量程比和低始動流量,適用於低流量計量場合;
  
3、選型時應注意的事項
3.1. 適用介質
電磁流量計測量的是導電性液體,一般導電率大於5us/cm。對於導電率混合不均勻的液體介質,則需要安裝足夠長的直管來保證液體均勻混合。
3.2 . 流速、流量與口徑
電磁流量傳感器的口徑應根據流速、流量來合理選擇,並非一定要與工藝管道同口徑。 流速一般設計在經濟流速3-5m/s之間。
電磁流量計滿度流量時的液體流速可在0.3-10m/s範圍內選用, 液體流速通常很少超過7m/s, 滿度流量的流速下限一般為1m/s,如果某些工程運行初期流速偏低,從測量精確度出發,儀表口徑應改用小管徑,用變徑管連接到管道上。流速、流量和口徑之間的關係,可參考說明書。
3.3. 襯裏和電極材料
電磁流量計的襯裏和電極是直接與被測介質接觸的,應根據被測介質的腐蝕性和磨蝕性以及介質使用溫度來選擇襯裏和電極的材料。一般廠家都附有襯裏和電極選型表,用戶應根據實際情況選擇襯裏和電極。
3.4. 供電電源
電磁流量計供電方式一般有AC220V、DC+24V, 鋰電池三種供電方式。  
上海Betcmp新開發的電磁流量計是一種內置鋰電池的一體化新型電磁流量計, 這種流量計具有先進的超低功耗勵磁結構,這種低功耗電磁流量計具有新穎的雙供電方式,可以市電AC220V供電,也可以由儀表內置的鋰電池供電;兩種電源能同時給流量計供電(此種方式供電時儀表將自動切斷內部鋰電池電路)。這種方式供電非常適合目前我國的國情,對於國內及印度、孟加拉國、非洲一些經常限時限電的地區,更是普遍適用。提高了流量計流量檢測的可靠性,擴展了流量檢測的應用範圍,特別適用於庫區供水等野外無外供電源場所。
3.5. 輸出信號:
流量計一般有4~20mA電流輸出,RS-485通訊,頻率輸出。隨著計算機的普及,流量計與上位機的數據傳輸要求越來越高,出現了HART、PROFIBUS、GPRS/NB-iot等傳輸方式。 
3.6 空管報警
     在水行業尤其是汙水行業中都要求電磁流量計具有空管報警功能,一般汙水泵房流量計都豎直安裝在地下,很難保證不排汙時流量計中液體滿管,而汙水排水有時並非一直不斷地排,大部分都為間歇的排放,為保證排放量的準確性,要求流量計在停泵管道為空時,電磁流量計空管報警並將瞬時流量置零。
3.7 選型時還應考慮工作壓力、安裝方式等其它參數。
4、安裝
正確的選擇安裝點和正確地安裝傳感器都是非常重點的環節,若在安裝中失誤,輕者影響測量準確度,重者影響儀表使用壽命,導致損壞儀表。
4.1. 外部環境要求:儀表應安裝在隔熱、通風,易維護的地方,避免強磁場及強振動。
4.2. 對安裝直管的要求:儀表安裝需要一定的前後直管段,參見相應廠家直管段要求。
4.3. 傳感器接地: a. 金屬管道可通過管道接地;
b. PVC等絕緣管道配接地環接地;
c. 四氟襯裏可配接地環保護襯裏;
 
5、儀表維護
       儀表的維護與選型息息相關。正確的選型,此表無需太多的維護。對電磁傳感器來說,應定期清洗,經常保持電極與襯裏的清潔,同時也應注意襯裏不能損壞。對接線來說,應注意傳感器與轉換器的連接是否可靠,同時應注意連線的絕緣性,保持接線端的幹燥。對電磁轉換器來說應注意外接電源的可靠性,在雷區接220VAC供電,最好能外加避雷裝置,以保證轉換器的可靠性,有輸出信號的則應注意輸出信號線的連接可靠性和絕緣性。
 
 
 
二、磁電渦街流量計
渦街流量計作為一種新型流量計,80年代中期以來發展較快,它在流量測量方麵有著諸多的優點和長處,在現代流量測量中應用越來越廣泛。在國內使用渦街流量計進行流量測量也愈來愈得到重視, 渦街流量計沒有可動的機械部件,維護工作量小,儀表常數穩定,測量範圍大,壓力損失小,準確度高,安裝與維護簡單。渦街流量計是基於流體振動發展起來的,磁電渦街是采用電磁感應檢測方式的渦街流量計,結合了電磁流量計和渦街流量計的原理,這幾年在國內剛處於發展推廣階段,與一般的應力式渦街流量計相比具有抗振動、量程比更寬等優點。本文主要論述磁電式渦街流量計。
1、工作原理
在磁電渦街傳感器中設有一三角柱,當介質以一定速度流過三角柱體時,在三角柱體兩側後麵產生一個交替排列的旋渦帶,稱之為“卡門旋渦”(見圖1),由於旋渦發生體兩側交替產生旋渦,封裝殼體中磁鐵產生磁場因交替旋渦的作用,在探頭產生與旋渦相同頻率的電荷信號,經前置放大器放大,送至智能流量積算儀進行智能化處理,實現流體瞬間流量、累積流量的顯示及流量數據與微機係統之間的通訊和控製。
在一定雷諾數範圍內(2×104~7×106)旋渦的釋放頻率f與流體流速v及旋渦發生體的迎流麵寬度d之間關係,可用下式表示:f=Sr·V/d,式中f-卡門旋渦的釋放頻率;Sr-係數(稱為斯特勞哈爾數),V-流速,d-三角柱體的寬度。
斯特勞哈爾數是渦街流量計的重要係數。在曲線的Sr≈0.16的平直部分,所以隻要準確測出頻率f,就可以測出流體流速V=f·d/Sr,從而達到測量管道內流體流量的目的,即:Q=3600×f/k…..(1)(k-儀表係數,次/m3)。(見圖2)

2、主要特點:
2.1振動影響小:國內大部分生產的渦街流量計都為應力式渦街流量計,振動是該類儀表的一大勁敵,尤其是管道的橫向振動(垂直於管道軸線又垂直旋渦發生體軸線的振動),這種影響在流量計結構設計上是無法抑製和消除的。 由於磁電渦街流量計采用電磁感應原理,用磁鐵產生磁場,用電極檢測交變頻率作原理上,消除了一般渦街流量計在使用時由於機械振動,尤其是管道的橫向振動產生的振動信號疊加在壓電晶體產生的有用流量信號中對流量計的檢測影響。
2.2測量範圍寬:一般的渦街流量計測量液體流速範圍多為0.5 m/s~7m/s,磁電渦街流量計範圍可寬達0.2 m/s~10m/s,用戶特殊定做時,量程可拓寬到0.1m/s~10m/s。
3、磁電渦街流量計的選型、設計
3.1.  類型和結構的選擇
按被測介質、環境、使用要求等選擇合適類型與結構的磁電渦街流量計。滿管式磁電渦街流量計,口徑大多為25~300mm;口徑大於300mm的建議選用插入式磁電渦街流量計。
3.2. 流量範圍和口徑的確定
   流速設計一般設計在3m/s~5m/s之間。
3.3 供電電源
磁電渦街流量計供電方式一般為DC+24V, 鋰電池兩種供電方式。
公司儀表的可靠性設計具有和世界著名流量儀表廠商幾乎同步的能力,這反映在近年推出的儀表具有以下高可靠、高穩定技術:
3.3.1 外供電與主電路隔離,隔離電壓高達DCIKV,遠高於DC500V的儀表標準。
3.3.2所有元件均接工業環境標準(-40℃~+85℃溫度)采購和製造,部分關鍵集成電路適用汽車級(-40℃~+125℃)。
3.3.3電磁兼容設計,可抗雷擊和靜電 。
3.4 選型時還應考慮工作壓力、溫度、連接方式等參數。


以上兩種水流量測量流量計中,電磁流量計精度高,一般可達0.3%、0.5%但價格相對較貴;而磁電渦街流量計是這幾年發展起來的新型流量計,並正在不斷發展,精度一般可達0.5%、1.0%,價格相對便宜,具有取代傳統機械水表的趨勢,對於一般場合的小口徑流量測量可選用磁電渦街流量計,而對於大口徑流量測量和高精度高要求流量測量則建議選用電磁流量計,各使用單位應根據實際情況選用相應流量計,從而使水流量測量和控製達到準確度高和可靠性要求。

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