供水系统中,为了能够实现对于水流量的准确测量,需要用到流量计,流量计依照测量原理可以分为力学原理(差压式、转子式),电学原理(电磁式、差动电容式、电感式),声学(超声波),供水系统中红常用的是电学原理中的电磁流量计,其本身的计量结构准确可靠,操作简单,也不会受到温度、电导率等因素的干扰1 电磁流量计的结构和原理
电磁流量计是一种对流体流量进行测量的仪表,主要是利用电磁感应原理,依照导电炉体在通过外加磁场时产生的电动势,完成流量测量。电磁流量计的主要结构包括:①磁路系统。产生直流或交流磁场,直流磁路可以借助永久磁铁实现,结构简单,不容易受到交流磁场的干扰,不过会导致通过测量导管的电解质液体极化,继而引发电极极化的问题,增大两个电极间的内阻,影响仪表的正常工作。因此多数情况下电磁流量计都是采用的交流磁场,由 50 Hz 工频电源激励产生。②测量导管。测量导管的材料应该具备一定强度,使用低导电率和导热率的材料,如玻璃钢、不锈钢、高强塑料等。③电极。电极的作用是引出相应的感应电势信号,信号与被测量流量成正比。电极安装在管道垂直方向,可以避免沉淀物堆积影响测量精度。④转换器。液体流动产生的感应电势信号极其微弱,容易受到各种干扰因素的影响,转换器可以将信号放大并且转换为统一标准信号,也可以对干扰信号进行抑制。
电磁流量计本身利用了电磁感应定律,将流体当成一种特殊导体,经过磁力线时对磁场进行切割,产生了电动势。感应电动势的计算公式为:
E=K×V×B×D (1)
式中:E 为感应电动势,K 为仪表常数,V 为流体平均流速,B 为磁感应强度,D 为测量管内直径。流体流动的方向与磁场垂直,感应电动势和平均流速又或者单位体积电压成正比,仪器可以测量感应电压信号,放大处理后转换为统一输出信号。
2 电磁流量计的特点和要求分析
电磁流量计的特点体现在几个方面:①测量结果准确可靠,不会受到注入温度、压力、流体密度等因素的影响;②测量管内没有设置任何会阻碍流动的部件,而且无压损,在流体测量方面有着良好的适应性;③转换器使用了新的励磁方式,功耗较低而且零点稳定,可以与传感器一同设置,也可以分离设置;④流量计采用了双向测量系统,设置有正向总量、反向总量和差值总量,可以将正向和反向流量显示出来;⑤感应电压信号可以在磁场空间内形成,数值为管道截面上的平均值,因此传感器对于直管段的要求较高,长度只需要达到管道直径的 5 倍即可。
在对电磁流量计进行安装使用时,需要明确几个核心要求:①上、下游管道必须满足一定的标准:上游管道直段管超过管道直径 5 倍,下游管道直段管超过管道直径 3 倍,如果遇到特殊工作环境,这个长度还应该增加;②必做好接地电阻的严格控制,要求数值不能超过 4 Ω,并且为单好地,不允许与其他设备的地网链接,必要时要做等电位;③需要对电磁流量计的安装位置进行合理选择,尽可能避开周边存在电磁场的情况,以免测量结果受到干扰;④需要在电
磁流量计下游管道上安装相应的阀门,避免管道内部扰流,尤其是直角弯管和蝶阀位置,更应设置相应的整流器,以起到稳定水流的作用,保障计量结果的精que性。
3 电磁流量计的应用注意事项
供水系统本身的规模巨大,所处的环境复杂多变,要求电磁流量计具备较强的稳定性和可靠性,因此在实际使用过程中,应该对需要注意的事项进行明确。
(1)电磁流量计本身对于直段管有着较高的要求,一些老旧供水系统并不具备安装条件,即便强行安装,也无法保障测量的稳定性和可靠性。对此,在条件允许的情况下,可以通过在适当位置设置整流管的方式,对流体的流态特性进行改善,以保障测量结果的准确性。
(2)如果被测水流的流速过低,则测量精度同样会受到影响,这一段在供水系统管网的末端尤其明显。因此,在使用电磁流量计时,应该尽量将边界两侧的阀门保持开启状态。
(3)必须保障传感器表面的干净整洁,避免沾染污泥。在针对电极进行选择和使用时,可以采用刮刀式电极或者采用带有超声波清洗模块的电极,制定切实可行的维护计划,尽可能减少干扰因素,保障电极的稳定性,确保其能够正常使用。
(4)电磁流量计入口管道需要保持畅通,不能有堆积物的存在,因为堆积物会直接影响流态特性,引发结果误差过大的问题。供水系统管理部门应该安排人员定期做好管道清理工作。
(5)电磁流量计通常都会设置在相对空旷的地段,在雷雨天气时容易遭到雷击破坏,严重时可能出现整个模块都被击穿的情况。从保障安全、减少损失的角度,在电磁流量计安装使用时,需要设置相应的防雷措施,如加装避雷针、设置防雷地网等。
(6)电磁流量计的正常运转需要有电源作为支撑,如果其安装在室外,电源的连接是一大难题,一旦发生电源断电的情况,电磁流量计就会出现数据缺失的情况,断电后水量的计量会变得十分繁琐,还需要与用户进行沟通。想要解决这一问题,除了设置多重电源、增加电源保护等措施外,技术人员还应该加强对电磁流量计的研究和改良,通过自带电源的方式来对上述问题进行解决。
(7)应该依照具体的测量要求,确定电磁流量计的精度等级,降低使用成本。例如,如果是用于贸易结算,应该选择 0.3 级、0.5 级等较高的精度等级,如果是用于过程控制,可以选择 1.0 级等较低的精度等级。
(8)在测量一般介质时,电磁流量计的满度测量可以在介质流速 0.3~12 m/s 的范围内进行选择,可供选择的范围较大。仪表的规格不一定必须与管道口径相同,而且应该看测量流量范围是否在流速范围内。如果管道流速偏低,无法满足电磁流量计的工作要求,测量结果的精度会受到影响,需要适当缩小仪表口径,提高管道流速。