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水务行业电磁流量计选型及应用浅析

水务行业电磁流量计

选型及应用浅析


01


引言

城镇供、排水重要的基础设施之中,经常会涉及到水量的计量,而电磁流量计是最常见的计量设备之一。自来水厂的进水、出水管道上会安装电磁流量计用作贸易结算,投加水处理药剂的管道上也会安装电磁流量计来实现精确加药。供水、排水管网上同样会安装电磁流量计监测流量。电磁流量计合理的选型就显的非常重要,它能保证其测量的精确度、稳定性、长寿命。本文就选型问题、实际应用案例,做初浅的分析。


02


原理和结构

2.1 电磁流量计原理

电磁流量计原理为法拉第电磁感应定律,即导体在磁场中切割磁力运动时在其两端产生感应电动势。导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动,与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势,电动势的方向按“弗莱明右手定则”,其值如下式:

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图1 流量计原理图


2.2 电磁流量计结构

电磁流量计由传感器、转换器和电缆线组成,其结构如图2所示,传感器测量管上下装有激磁线圈,通激磁电流后产生磁场穿过测量管,一对电极装在测量管内壁与液体相接触,引出感应电势,送到转换器。激磁电流则由转换器提供。

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图2 结构示意图

若电缆连接线很短,安装在流量计壳体内,传感器与转换器组成一体为一体型流量计,若传感器与转换器分开独立安装,两者之间用电缆连接,则称分体型电磁流量计。流量计需安装在被测介质的管道上,可能置于在井下等工况较差的环境,存在被水浸泡、风吹日晒的可能。传感器部分防护等级通常能达到IP68,但是转换器部分只能达到IP65/66,故水行业大部分电磁流量计都会选择分体式,转换器和传感器中间采用电缆线连接。


03


流量计选型

3.1 选型要素

电磁流量计选型原则应遵循在满足测量现场的工况条件,达到流量计的精度与功能,性价比最高的。主要有工况、转换器、电缆线和传感器四个选型要素。

3.1.1工况选型

(1)满足被测量介质的电导率要求

介质电导率限制条件为б≥ 1-5us/cm(б水>20us/cm),不能测量非导电介质,如气体、油类。

这个条件在水务行业一般都能满足,但随着水处理工艺的改进,有些水厂采用膜处理工艺,出水电导率较低,需要在选型的时候考虑低电导率使用专用电磁流量计。

(2)选择合适口径的传感器

电磁流量计实质是测量介质的流速,它是速度式流量计。一般电磁流量计推荐流速在0.3m/s-5m/s,在这个范围内,流量计测量精度高、线性好、水力损耗小、介质对流量计传感器衬里和电极的磨损也较小。以某品牌电磁流量计选型样本提供的流速曲线为例(见图3),可以看出流量越小、流速越慢,测量误差越大,曲线在0.3m/s处存在拐点。

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图3 三种不同型号流量计流速曲线

得出图3的流速曲线有一个前提条件,就是保证流量计前后直管段的要求。为了使流过传感器介质流态稳定,测量精度不受流速分布影响,通常对流量计直管段长度要求上游10D、下游5D(D为电磁流量计口径),如图4所示。直管段是从电磁流量计传感器中点算起,并是不很多人以为的法兰连接处算起。

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图4 对传感器上游侧直管段的要求

所以在有些流速偏低工况下,为了使电磁流量计工作在合适的流速范围,允许有一定的压力损失时,可以选择流量计传感器的口径小于管道口径,在仪表前后增加异径管,提高介质流速。异径管的中心锥角α不大于15°,可以视为直管,如图5。

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图5 异径管的中心锥角图示

(3)流量计流速、口径、流量对应表

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表1 流量计流速—口径—流量对应表

3.1.2转换器选型

转换器接收传感器微弱的电压信号,通过模数转换将被测介质的瞬时流量、累积流量等信息显示,并具有通讯接口输出流量计各种数据。

(1)精度等级选择

(2)供电方式选择

(3)输出、通讯方式选择

3.1.3电缆线选型

电缆线一般有两根,一根信号电缆:将传感器电极信号传输到转换器输入端;另一根励磁电缆:给传感器励磁线圈供电。针对IP68的传感器,选择合适的电缆线长度就显得尤为重要。电缆线太短,需要加长电缆线以及相应的接线盒、密封胶水;电缆线太长,增加成本、穿线施工难度、受信号干扰的可能性等。多少长度的电缆线和介质的电导率有关,当介质电导率很低的时候,电容效应会使电路电压发生改变。

3.1.4传感器选型

传感器由导管、衬里、电极、线圈、外壳、法兰和接线盒组成。其中衬里、电极直接和介质接触,需要根据被测介质的物理化学特性选型。

   3.1.4.1电极选型

(1)材质选型

电极对被测量介质的耐腐、抗磨蚀、无电化学反应是选择材质考虑的因素。常用金属材料有含钼耐酸钢、哈氏合金B、哈氏合金C、钛、钽、铂铱合金等。

(2)形式选型

不同厂家会有不同形式的电极可供选择,如刮刀电极、可更换电极、弹型电极等。

  3.1.4.2衬里选型

常用衬里材料有氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟塑料、陶瓷等。

  3.1.4.3法兰

水行业中电磁流量计传感器和管道的连接基本采用法兰连接。

法兰材质有碳钢、不锈钢等可供选择。

  3.1.4.3接地环

当工艺管道为塑料或绝缘衬里金属管时,需安装接地环,以便电磁流量计取得参考电位。


3.2 选型总结

根据使用经验,对水务行业常规会用到的传感器电极和衬里材质做一些总结。腐蚀问题非常复杂, 工程上没有100%确保,最好的方法是经验法,经验来自于使用。耐腐蚀的能力与材料的成本是成正比例的,达到寿命与成本的平衡点是较理想的。

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表2 电极衬里选型总结表


04


安装和使用

4.1 对于贸易结算及重要计量点流量计新安装的建议

对于新装电磁流量计,为了尽早发现问题,提供如下方案:

(1)在满足现场管道设计要求的前提下,宜在同一管道上安装两台同一品牌的流量计。若两台流量计之间出现较大偏差,可以第一时间发现问题,并进行维修,避免影响计量。

(2)可在两台流量计中间安装一段不锈钢管,预留安装位置以供超声波比对。


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