淺(qian)談電磁流量(liàng)計與電磁水(shuǐ)表的區别

電磁流量(liang)計 是一種基(ji)于法拉第電(dian)磁感應原理(li)設計制造的(de)計💋量導電介(jiè)質🎯體積流量(liàng)的速度式儀(yí)表。通常電磁(ci)流量計與介(jiè)質接觸的内(nèi)腔部位爲一(yi)個圓筒形直(zhi)管 , 一對(dui)測量電極鑲(xiang)嵌在中部 , 呈對稱分(fen)布 , 電極(ji)與介質間的(de)部位爲一對(duì)直徑爲 6~10 mm的圓餅狀薄(bao)金屬 , 其(qi)伸出部分厚(hòu)度僅 2~4 mm, 幾(ji)乎不影響流(liu)态的變化。這(zhè)種簡單的無(wu)可動部件的(de)内腔結構 , 猶如一根(gēn)普通的圓筒(tong)形流體管道(dao) , 因而不(bu)産生任何壓(yā)損 , 也不(bú)會被某些介(jie)質中的懸浮(fú)物及固态雜(za)質所阻塞。電(dian)磁📱流✍️量⛱️計産(chan)生的電極信(xin)号幅度與流(liú)體的流💚速成(cheng)🏒正比 , 因(yīn)而電信号經(jing)放大處理後(hou)得到的流量(liang)數據 , 線(xiàn)性度非常理(lǐ)想。

電磁(ci)流量計測量(liàng)精度高、量程(chéng)比寬、重複性(xing)和線性均十(shí)分優💔良 ;通常可測量(liàng)流速在 0.4~12 m/s範圍的各種(zhǒng)導電介質 ;可以雙向(xiang)計量 ;測(cè)量介質可以(yi)是單一溶液(yè) , 也可以(yǐ)是固、液混合(hé)物 , 也允(yun)許有氣泡 (氣泡和固(gu)态物質将增(zeng)加計量介質(zhì)體積流量的(de)誤差 ) 。

電磁流量(liàng)計廣泛應用(yong)于各類導電(diàn)介質的計量(liang) , 如清水(shui)、污水、液态酸(suan)、堿、鹽、液态有(yǒu)機化工産品(pin)、食品工業中(zhong)的醬油、醋及(jí)酒類等。混有(you)塊狀果肉的(de)蘋果醬、混有(yǒu)沙石的混凝(ning)土 , 這些(xiē)漿狀混合物(wu)也可以計量(liang) , 隻是各(gè)種腐蝕性強(qiáng)的介質需配(pèi)置耐腐蝕的(de)工程🛀🏻材料 , 如橡膠、聚(ju)四氟乙烯、尼(ni)龍等做流量(liang)計的内襯。混(hùn)有氣🍉泡和👈固(gu)🏃‍♀️态物質的醬(jiàng)料需采用特(tè)殊的計算方(fāng)法來減少計(jì)量的誤差。

一般的電(diàn)磁流量計由(yóu)于電路複雜(za)、勵磁功率較(jiao)大 , 整機(ji)功耗需 15~25 V· A, 因而需(xu)市電 (AC220 V) 或(huò)的安全電源(yuan) (DC24 V) 供電。随(suí)着電子技術(shu)突飛猛進的(de)發展 , 電(diàn)磁流量電信(xin)号的處理已(yi)由 2~3 m V精密(mì)到 0.1 m V, 動态(tai)分辨率可以(yǐ)低至± 0.000 03 m V, 這(zhe)種新技術功(gōng)耗極低 , *可以電池供(gòng)電。由此産生(sheng)了電磁水表(biao)的概念———一種(zhong)僅🍉計🤟量清水(shuǐ)🛀🏻、内部采用锂(lǐ)電池供電的(de)長壽命智能(néng)🙇🏻型電磁流🚶‍♀️量(liàng)計 , 由于(yu)市場定位和(he)使用要求不(bu)同 , 兩者(zhe)存在較大的(de)區别 , 本(běn)文做以下評(ping)述。

1 應用(yong)領域

(1) 電(dian)磁流量計使(shi)用廣泛 , 适用于工業(ye)生産中各種(zhǒng)導電介質的(de)流量連續計(ji)量和生産工(gōng)藝控制領域(yu)、科學研究的(de)計量測控領(ling)域。

(2) 電磁(ci)水表以計量(liang)清水、原水爲(wei)主。在市政領(ling)域得到廣泛(fàn)使用🌈 , 主(zhu)要解決水源(yuan)和城鄉供水(shui)的計量、統計(ji)、分析、結算功(gōng)🏃🏻‍♂️能。

2 精度(du)

(1) 電磁流(liu)量計的精度(du)通常爲± 0.5%, 高精度的可(kě)達到± 0.2%、± 0.3%。

(2) 電磁(cí)水表的精度(du)一般爲Ⅱ級 (Q₂ ~Q₄ ± 2%, Q₁ ~Q₂ ± 5%) , 高精度的可(kě)達到 I級(jí) (Q₂ ~Q₄ ± 1%, Q₁ ~Q₂ ± 3%) 。

3 口徑(jìng)

(1) 電磁流(liú)量計生産廠(chang)商大都可以(yi)提供 DN20~DN500的(de)産品 , 規(gui)模較大的專(zhuan)業廠商可以(yǐ)提供 DN10~DN3000的(de)電磁流量計(ji) , DN25~DN600規格的(de)應用數量多(duō)。

(2) 市場應(ying)用多的電磁(ci)水表口徑在(zai) DN50~DN300, 少數先(xian)進的跨國專(zhuān)業廠商能生(shēng)産 DN25~DN800口徑(jìng)的全系列電(dian)磁水表。

4 量程範圍 (計量流速(sù)範圍 ) 及(ji)量程遷移

(1) 電磁流量(liang)計的介質流(liú)速測量範圍(wéi)通常爲 0.4~12m/s, 通常用 Q_max 和 Q_min 來定(ding)義計量範圍(wéi) , Q_max /Q_min  (量程比(bǐ) ) 一般在(zài) 20~25範圍 , Q_min ~Q_max 應保證精(jīng)度。如 DN100的(de) 0.5級表 , 在量程比(bi) 20的情況(kuang)下 , 在 10 m³ /h (Q_min ) 至 200 m³ /h (Q_max ) 流(liu)量範圍内 , 均應保證(zhèng)± 0.5%的精度(dù)。作爲電磁流(liu)量計 , 考(kǎo)慮使用的經(jing)濟性 , 常(cháng)将 Q_max 選在(zài) 6.5~8.5 m/s流速範(fàn)圍内 , 如(ru)上述 Q_max 爲(wei) 200 m³ /h的 DN100電磁流量計(ji) , 其 Q_max 流速爲 7.07 m/s。廠商可以自(zì)行規定各種(zhong)口徑的 Q_max 流速 , 例(li)如某型 DN100電磁流量計(jì) , 其 0.5級産品的 Q_max 爲 200 m³ /h, Q_max /Q_min ≥ 25;Q_max 的流速爲(wei) 7.07 m/s, 在 8~200 m³ /h量程範圍内(nèi)的誤差小于(yú)± 0.3%。

所(suo)謂“量程遷移(yi)” , 是指該(gāi)台電磁流量(liang)計在某種工(gong)藝現場 , 其流量計量(liàng)範圍要調整(zhěng)到 4~80 m³ /h, 且其(qi)電流輸出的(de) 4 m A對應流(liú)量是 4 m³ /h, 20 m A輸(shū)出時對應的(de)測量值爲 80 m³ /h。即将這台(tai)電磁流量計(jì)的計量範圍(wei)由标稱的 10~200 m³ /h, 通過菜單(dan)改變參數 , “遷移”至 4~80 m³ /h。當然 , 經過這樣的(de)量程遷移 4~10 m³ /h流量段的(de)測量精度将(jiang)超出± 0.5%的(de)精度要求。通(tong)常 , 電磁(ci)流量計的計(jì)量上限流量(liàng)點 , 可“遷(qiān)移”的流速範(fàn)圍爲 1~10 m/s。選(xuan)用電磁流量(liang)計的口徑 , 要兼顧經(jing)濟流速 2.5~4.5 m³ /h和工藝要求(qiú)。

(2) 電磁水(shui)表的高測量(liàng)流速可達 15 m/s, 通常電磁(ci)水表的流量(liàng)點 Q₃ 選在(zai) 12.5~13.5 m/s流速上(shàng)。電磁水表的(de)量程範圍參(cān)照冷水水表(biao)标準 , 是(shi)一種強制執(zhí)行的标準。* , 冷水水表(biao)的流量範圍(wei)可由 Q₁  (小(xiǎo)流量 ) 、 Q₂  (分界流量(liàng) ) 、 Q₃  (常(cháng)用流量 ) 、 Q₄  (大流量(liàng) ) 來表述(shù) , 一般情(qing)況下 , 其(qí)流量計量特(tè)性可由量程(cheng)比 Q₃ /Q₁  (R值 ) , Q₄ /Q₃ =1.25, Q₂ /Q₁ =1.6來反映。目(mu)前跨國先進(jìn)專業廠商的(de)電磁水表 , 其 Q₃ /Q₁ 可(ke)達 400。如西(xī)門子Ⅱ級 DN100電磁水表 , Q₃ =250 m³ /h (流速爲 13.48 m/s) , Q₄ =312.5 m³ /h (流速爲 16.85 m/s) , Q₃ /Q₁ =400, R₂ /Q₁ =1.6, Q₂ =1.0 m³ /h, Q₁ =0.63 m³ /h。

電磁(cí)水表沒有“量(liang)程遷移”的概(gài)念 , 它的(de)計量範圍在(zài)始動流量 Q_S 至大流量(liàng) Q₄ 之間 , 選用電磁(cí)水表的口徑(jing) , 主要應(yīng)考慮滿足經(jīng)濟流速。

5 重複性

(1) 對于電磁流(liú)量計 , 重(zhòng)複性是重要(yao)的技術指标(biao)之一 , 其(qi)重複性指标(biāo)通常爲精度(du)的 1/3, 例如(ru) 0.5級精度(dù)的電磁流量(liang)計 , 其重(zhòng)複性應優于(yú)± 0.16%;0.2級表的(de)重複性應優(yōu)于± 0.06%。

(2) 電磁水表并(bìng)不把重複性(xing)作爲一項考(kao)核的質量指(zhi)标 , 它僅(jǐn)是一項設計(ji)和實驗指标(biao)。電磁水表重(zhòng)要的技術指(zhǐ)🚩标爲精度 , 低的始動(dong)流量 , Q₁ 流(liú)量點和量程(cheng)比 (Q₃ /Q₁ ) 。當然(rán) , 對于流(liú)量計來講 , 兩者均能(neng)保證長期連(lián)續的穩定運(yùn)行是十分重(zhòng)要的。

6 供(gong)電方式 (功耗 )

(1) 通(tong)常電磁流量(liang)計的處理速(su)率快、處理精(jing)度高 , 控(kong)制要求快速(sù)、穩定、準确。因(yīn)電磁流量計(ji)和外界信息(xi)交流方式複(fu)雜 (輸出(chū) 4~20 m A電流信(xìn)号、 0~10KC頻率(lü)信号、 RS-485通(tong)信、開關量控(kòng)制等 ) , 隔(gé)離程度高 , 因而電子(zi)線路多用大(da)量的高速電(dian)子元件 , 功耗可達 15~25 V· A, 這必(bì)須由市電 (AC220 V) 和外電源(yuan) (DC24 V) 供電。因(yin)而抗幹擾、光(guāng)電隔離、電磁(cí)隔離等防止(zhi)電源的強電(dian)磁沖擊等技(ji)術措施十分(fen)必要。

(2) 電(diàn)磁水表的采(cǎi)樣速率比較(jiao)慢 , 電子(zi)線路由先進(jin)的低功耗、超(chāo)低功耗的集(ji)成電路爲主(zhu)🐪 , 計算方(fang)法爲特殊的(de)省電方式 , 因而功耗(hao)極低 , 可(kě)以由内部電(dian)池來連續長(zhǎng)期供電。這要(yào)求電磁水表(biǎo)的電池工作(zuò)壽命至少爲(wei) 5~6年 , 現在也有 8~10年的産品(pin)。對于電磁水(shui)表而言 , 降低功耗、提(tí)高電池工作(zuò)壽命是一項(xiàng)難度很大的(de)挑戰。

7 采(cǎi)樣速率

(1) 電磁流量計(ji)的計量實時(shí)性要滿足工(gōng)業控制的工(gōng)藝要求 , 其特點爲及(ji)高速 , 因(yīn)而采樣處理(li)速率普遍要(yao)求高于 100 ms/次。

(2) 電磁(cí)水表的采樣(yang)速率在 1~30 s/次範圍 , 就可以得到(dào)計量的流量(liàng)數據 , 況(kuang)且采樣速率(lǜ)低 , 功耗(hào)也越低 ;通常采樣速(sù)率在 15 s/次(cì)時 , 内部(bù)配備的電池(chí)可保證連續(xù)計量 6年(nian)。

8 管道結(jie)構與測量直(zhí)管段

(1) 電(diàn)磁流量計可(ke)以由市電供(gong)電 , 因而(ér)電子元器件(jian)和電子線路(lu)的選擇受功(gōng)耗的影響小(xiǎo)🌈 , 選擇範(fàn)圍廣 ;數(shù)百毫安的勵(li)磁電流使傳(chuán)感器的信号(hào)輸出幅度也(yě)✂️較🐉大 , 因(yīn)而不必對流(liú)體額外加速(su)以增強信号(hào)幅值。

電(diàn)磁流量計的(de)測量腔爲直(zhi)管 , 工藝(yì)簡單 , 加(jiā)工成本低 , 是電磁流(liú)量計測量腔(qiang)體的普遍設(shè)計方式。直管(guǎn)結構幾乎不(bu)會㊙️引起被測(ce)流場的紊亂(luàn) , 測量的(de)流速基本爲(wei)經濟流速 (高流速低(di)于 8 m/s左右(yòu) ) , 高速采(cǎi)樣率又可及(ji)時修正各種(zhong)流場變化帶(dài)來的誤差 , 所以電磁(ci)流量計的直(zhi)管段爲前 5D和後 3D就可以滿足(zú)計量的精度(du)要求。

(2) 電(diàn)磁水表使用(yong)内裝的锂電(diàn)池供電 , 降低功耗、延(yan)長工作壽命(ming)是其設計任(rèn)務的關鍵 , 因而隻能(neng)采用較低的(de)勵磁電流 (通常它的(de)勵磁電流僅(jǐn)爲電磁流量(liàng)計的 1/10, 甚(shen)至更低 ) , 這樣傳感器(qi)的有效輸出(chū)信号幅值就(jiu)很微弱。電磁(cí)水表研發人(ren)員通常用兩(liǎng)種方法來增(zēng)強信号 :一是提高信(xin)号的放大倍(bèi)數 ;二是(shi)将測量段縮(suō)徑 , 人爲(wèi)提高介質流(liu)速 , 這将(jiāng)大幅提升流(liu)量信号。因此(cǐ) , 電磁水(shui)表的測量腔(qiāng)體幾乎都采(cǎi)用縮徑工藝(yì) , 一般縮(suō)徑爲原标稱(chēng)口徑的 70%~80%, 縮徑率以不(bu)顯著影響儀(yí)表的壓損并(bìng)且不顯著改(gǎi)變⁉️流場的穩(wěn)🍉定爲原則。

電磁水表(biǎo)的縮徑工藝(yi)加大了制造(zào)難度 , 增(zēng)大了壓力損(sǔn)失 , 太大(dà)的縮徑也會(huì)擾亂流場的(de)穩定 , 因(yin)此制造商要(yao)綜合考慮縮(suō)徑和流場穩(wěn)定對計量🐉的(de)影響。

電(dian)磁水表的采(cǎi)樣速率比較(jiào)慢 , 信号(hao)又很微弱 , 這樣計算(suàn)處理需要的(de)穩定時間比(bǐ)較長 , 這(zhe)也需要遠比(bǐ)電磁流量計(jì)更穩定的流(liú)速 , 考慮(lü)到縮徑的因(yīn)素 , 一般(ban)電磁水表的(de)前後直管段(duàn)選擇要比電(dian)磁流量🚶‍♀️計嚴(yán)👨‍❤️‍👨格。爲保🈲證計(ji)量精度 , 電磁水表通(tōng)常需要前 10D和後 5D的直管段。

9 儀表通信(xin)

(1) 電磁流(liú)量計使用廣(guang)泛 , 計量(liang)方式和流量(liang)控制方式種(zhong)類繁雜 , 因而通信方(fāng)式比較豐富(fù) , 一般生(shēng)産廠商都有(you)下述配置 : (1) 定量脈沖(chong)輸出 , 如(ru)輸出一個脈(mo)沖代表 1 m³ /h流量 (可(kě)選 0.1 m³ /h, 甚至(zhi) 0.01 m³ /h) 。 (2) 頻(pín)率輸出 , 表示輸出 0~10 k Hz頻率範圍(wéi)代表 0~Q_max 流(liú)量。 (3) 輸出(chu) 4~20 m A電流 , 通常表示(shì)瞬時量爲 Q_min ~Q_max 。近幾年設(shè)計的 4~20 m A電(diàn)流模拟信号(hao) , 可以同(tóng)時進行數字(zi)通信 , 即(ji)可以進行 HART (協議 ) 通信。 (4) RS-485通(tōng)信 , 通常(cháng)執行 Modbus RTU通(tong)信标準。 (5) 開關量輸出(chu) , 一般有(you) 1~2路輸出(chū)控制 , 以(yǐ)執行超流量(liang)上限關閘 , 超流量下(xià)限開閘等工(gōng)藝控制。

這些通信幾(jǐ)乎都通過電(diàn)纜連接儀表(biao)和計算機及(jí)控制設備 , 以保證計(jì)量和工藝控(kòng)制的、實時、可(ke)靠。

(2) 電磁(cí)水表主要使(shǐ)用在原水和(hé)居民自來水(shuǐ)的計量、統計(ji)、分析和結算(suàn)上 , 幾乎(hū)沒有工藝控(kong)制要求 , 内部電池供(gòng)應又限制它(ta)不能過多的(de)耗電 , 因(yīn)此通信方式(shì)比較簡潔 , 一般生産(chan)廠商都選下(xià)述配置中的(de)若幹方式進(jin)行通信 : (1) 和傳統冷水(shui)水表一樣 , 可以人工(gōng)抄表 , 因(yīn)而都有液晶(jīng)屏進行流量(liàng)數據顯示。 (2) 開關量輸(shu)出。 (3) 與無(wu)線通信裝置(zhi)的接口 , 可通過無線(xian)通信設備進(jìn)行聯網通信(xin)。 (4) RS-485通信和(hé)電磁流量計(ji)一樣 , 通(tong)常執行 Modbus RTU通信協議 , 并且需要(yào)外部供電 (DC24 V) , 這往往需(xu)要 4根電(diàn)纜。東海集團(tuán)生産的電磁(ci)水表可以采(cǎi)用微功耗技(ji)術來🍓進📞行 RS-485通信 , 這種方式可(kě)以使用内部(bù)锂電池進行(hang)供電 , 省(sheng)掉外供電的(de) 2根電纜(lan) , 通信隻(zhī)需 2根電(diàn)纜連接。 (5) 紅外通信 , 這是一種(zhong)功耗較低的(de)無線雙向通(tōng)信方式 , 容易滿足安(ān)裝在井下和(he)水中的電磁(cí)水表的苛刻(kè)的防護要求(qiu)。

1 0 使用環(huan)境

1 0.1 溫度(dù)要求

(1) 電(diàn)磁流量計使(shi)用場合廣泛(fàn) , 通常在(zai) -20~55℃的溫度(dù)環境中可連(lian)續、穩定、可靠(kào)地工作。某些(xie)特定領域😄 , 甚至能在(zài) 70℃高溫條(tiao)件下正常運(yùn)行。

(2) 電磁(ci)水表一般隻(zhi)能在 0.1~55℃的(de)溫度環境中(zhong)連續工作 , 設計和性(xing)能試驗時 , 需考慮夏(xià)日高溫直射(she)的炙烤影響(xiǎng)。

1 0.2 維護要(yao)求

(1) 電磁(cí)流量計通常(chang)由專業人員(yuan)維護和保養(yang) , 且往往(wang)有周期性 (1年左右 ) 的測試和(he)維護。

(2) 電(dian)磁水表檢測(ce)周期較長 (2年左右 ) , 平時幾乎(hū)處于無監管(guan)狀态 , 大(dà)口徑表數據(jù)值對計量結(jie)算影響巨大(da) , 因而對(duì)其設計、測試(shi)和生産制造(zao)的質量要求(qiú)更高。

1 0.3 防(fáng)護要求

(1) 電磁流量計(jì)使用廣泛 , 運行環境(jing)複雜 , 因(yin)而生産廠商(shang)針對不同的(de)使用環境設(shè)計了不同的(de)保護方法🧑🏾‍🤝‍🧑🏼供(gong)用戶選擇 , 如采用 IP66标準的通(tong)用型電磁流(liu)量計 , 僅(jǐn)能防護雨水(shui)的淋落 ;高溫高濕環(huán)境使用要采(cai)用特殊的密(mì)封耐高溫設(she)計 ;潛水(shui)型電磁流量(liang)計要按 IP68标準設計防(fang)護外殼 , 某些危險場(chang)合 (如紡(fang)織廠、面粉加(jia)工廠、化工廠(chang)、煤礦、易燃易(yì)爆場所 ) 使用的電磁(cí)流量計 , 必須按照隔(gé)爆标準來設(she)計外殼防護(hu)。所以電磁流(liú)量計生産廠(chang)商通常會按(àn)照用戶的使(shi)用環境條件(jiàn) , 提供相(xiàng)适應的防護(hu)方式産品。

(2) 電磁水表(biǎo)測量介質比(bi)較單一 , 主要是潔淨(jing)的原水 (如輸送的江(jiang)、河、湖泊之水(shuǐ) , 井水及(jí)地下水 ) 和市政供應(ying)的清潔自來(lái)水 , 所用(yòng)場合幾乎無(wu)危險性或爆(bao)炸性粉塵 , 使用環境(jìng)溫度差不是(shi)太大 , 看(kàn)似其防護要(yao)求比較容易(yi)解決 , 而(ér)實際上電磁(ci)水表往往安(ān)裝在井下潮(cháo)濕場所 , 管道滲漏及(jí)雨雪天氣又(yòu)可将電磁水(shuǐ)表泡在水中(zhong) , 要防止(zhi)電磁水表機(jī)殼密封處和(hé)通信電纜進(jin)線處的水滲(shen)漏十👅分重要(yào) , 所以電(dian)磁水表均按(àn)潛水型設計(jì)外殼保護 , 爲提高防(fang)護質量 , 至少需要達(dá)到 1 m水深(shēn) 7天的試(shì)驗要求 , 其防護應執(zhi)行 IP68标準(zhun) 2 m水深 10天以上的(de)要求。東海集(jí)團的電磁水(shuǐ)表外殼防護(hù)目🚩前按 2 m水深 30天(tiān)的 IP68标準(zhǔn)制造 , 并(bing)且正在考慮(lǜ)将防護試驗(yan)要求提高到(dào) 10 m水深 30天 , 以(yǐ)達到 6年(nian)以上防護壽(shou)命。