【摘要】介紹了新型電磁流量計的工作原理和系統(tǒng)組成。并結合污水處理工藝將電磁流量計與其他流量計進行分析比較,從理論和實踐上闡述電磁流量計在工業(yè)污水處理環(huán)節(jié)流量測量的優(yōu)勢。
1電磁流量計工作原理和測量系統(tǒng)組成
1.1工作原理
　　電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律。被測介質垂直于磁力線方向流動,因而在與介質流動和磁力線都垂直的方向上產生一感應電動勢Ex,
Ex=BDv×10-4
式中:B為磁感應強度,T;D為兩電極間的距離,mm;
v為被測介質的平均流速,m/s;Ex為電動勢,V.
被測介質的流量Q與d和v有關

式中:Q為被測介質的流量,m3/s;v為被測介質的平均流速,m/s;d為流量計的通流截面直徑,m;A為流量計的有效作用面積,m2.
由上式得:
Ex=BDQ×10-4/A
當磁場強度B與兩極間距離D一定時,則:
Ex=K°Q
K=BD×10-4/A=常數(shù)
　　由此可見,感應電動勢Ex與被測介質流量Q成正比。流量Q不受流體的溫度、壓力、密度、電導率變化的影響,具有很大的優(yōu)越性。測量系統(tǒng)的變送器輸出Ex是一個微弱的交變信號,其中包含各種干擾成分,且信號內阻變化高達幾萬歐姆,因此要求轉換器是一個高輸入阻抗,且能抑制各種干擾成分的交流毫伏轉換器。將感應電動勢轉換成4～20mADC的統(tǒng)一信號。轉換器有高輸入阻抗差動放大器、主放大器、正交干擾抑制器、相敏檢波器、直流放大器、霍爾乘法器等組成,最后輸出電流為:
Io=K°Q(mA)
式中:K為儀表常數(shù);Q為被測流量。
2.2測量系統(tǒng)的組成
　　電磁流量計經歷了直流勵磁、工頻交流勵磁、低頻矩形波勵磁等階段。70、80年代國內使用較多的工頻交流勵磁因存在電磁感應、靜電耦合等難以消除的工頻干擾,零點穩(wěn)定性差、可靠性差等缺點已較少采用。目前選型設計時采用低頻干擾(1/4～1/32)矩形波勵磁,它改變了工頻干擾的形態(tài)特征,利用工頻同步采樣、動態(tài)校零等技術提高了抗干擾能力和零點穩(wěn)定性。對于像工業(yè)污水一樣電導率較低的對象,宜采用有雙頻矩形波(高頻為75Hz的矩形波,外包絡是1/8工頻的矩形波)勵磁技術的產品。
　　測量系統(tǒng)由測量管路、勵磁線圈、測量電極、信號轉換器等組成。它的勵磁方式與傳統(tǒng)的直流勵磁方式和交流正弦波勵磁方式均不同。流量計中的磁場是通過由信號轉換器供給的正、負交替變化矩形波電流,送到勵磁線圈產生的,它克服了直流勵磁方式易在電極部分產生極化作用,和交流勵磁由于電極、流體、電極形成的閉路及交變磁場的時間變動,引起正比的電磁感應電壓。在兩個檢測電極之間,產生正負交替變化的流量信號電壓,與矩形波勵磁電流的頻率相等。
　　對于由磁場強度變化產生的電磁干擾電壓,采取把衰減時的電動勢做采樣處理方法取出對應流量信號。在磁場電流達到它的穩(wěn)定值時,進行采樣處理。因此,通常的干擾電壓都能被消除。
　　在測量系統(tǒng)中還采用了智能化設計。信號轉換器由5個功能塊組成。功能塊1由輸入前置放大器、高分辨率A/D轉換器和一個控制和監(jiān)視的微處理器(UP01)組成;功能塊2是由功能塊的電子裝置控制的,給流量計勵磁線圈周期性的產生勵磁電流的裝置;功能塊3由7位LCD液晶顯示器、EEPROM、KSA集成電路、微處理器和3個為了輸入操作參數(shù)的按鍵組成。由UP01測定的與輸入操作參數(shù)和校準值有關的數(shù)字值,經UP02計算后,其值通過科隆公司研制的KSA作為流量比例信號,經光電耦合器到輸出驅動器,正負計數(shù)的流量累積值和滿刻度范圍0%～100%的瞬時流量值可在7位LCD液晶顯示。在電源故障停電后,最后的計數(shù)器讀數(shù)可永久地儲存在E2PROM中。功能塊4把數(shù)字信號轉換成4～20mA的電流輸出信號;功能塊5能驅動電子計數(shù)器或電動機械計數(shù)器。
3電磁流量計的應用實例
　　某冶煉廠在生產中,由于生產工藝的需要,會產生大量的工業(yè)污水,在污水處理分廠必須對污水的流量進行監(jiān)控。在以往的設計中,流量儀表不少都選用旋渦流量計和孔板流量計。而實際應用中發(fā)現(xiàn)測量的流量顯示值與實際流量偏差較大。究其原因,上述兩種流量計都不能滿足實際的需要。
　　旋渦流量計的工作原理是在管道中插入一個旋渦發(fā)生體。當管道中的流體流過旋渦發(fā)生體時,在旋渦發(fā)生體的后方和兩側會交替地產生有規(guī)律的卡門旋渦列。理論和實踐證明,旋渦分離頻率f與管內流體流速v成正比,其關系式為:
f=K °v/D
式中:K為斯特勞哈爾系數(shù);D為旋渦發(fā)生體迎流體面寬度。
　　因此,只要設法測出旋渦分離頻率f就可以知道流體的流速v,從而可以求出流體的流量。旋渦分離頻率可以用多種方式測量,例如應力式、差動電容式等。
　　從旋渦流量計的工作原理可以看出:旋渦流量計不宜用于測污水的流量。這是因為在測量較臟的流體時,旋渦發(fā)生體的表面會有大量的附著物,會使旋渦發(fā)生體迎流體面寬度D發(fā)生變化,這樣就會使得旋渦分離頻率減小,使得求出的流體流速v減小,使得測量值比實際流量值小。
　　孔板流量計是早期大量使用的一種測量流量的計量裝置。它的工作原理是在流體管道中加入一孔板節(jié)流件,通過導壓管引入差壓變送器測出節(jié)流件上、下游的壓差,根據所測的壓差經過計算即得出流量的瞬時值。由于導壓管內水的不流動性,在較寒冷地區(qū),冬天室外安裝的孔板取壓管容易凍裂(凍住),使差壓儀器無法正常工作。測量較臟的污水時,孔板需經常清洗。如清洗不及時,測量精度降低,取壓管經常被污物堵死,儀表無法使用。用孔板的方式測流量時還有壓力損失大、維護量大等缺點。
　　根據工業(yè)污水具有流量變化大、雜質、腐蝕性小、有一定的導電能力等特性,在測量工業(yè)污水的流量時,電磁流量計是一個很好的選擇�？蛇x用氯丁橡膠襯里,含鉬不銹鋼(OCr18Ni12Mo2Ti)電極的電磁流量計,即可滿足工業(yè)污水流量測量的要求。
4結束語
　　流量測量儀表受到眾多因素,如:管道、口徑大小、形狀(圓形、矩形)、介質的物性(溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等),流體的流動狀態(tài)(紊流狀態(tài)、速度分布等),以及安裝條件與水平的影響。而且工業(yè)污水的狀態(tài)(流態(tài)、流速等)時刻在變化,如果選擇流量計不合適,將使測量結果出現(xiàn)很大的偏差。經過理論和實踐的檢驗,電磁流量計在污水流量測量中有著很大的優(yōu)勢,目前應用得越來越廣泛。

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