引言

隨著國家對環(huán)境保護(hù)的要求，很多企業(yè)必須建有污水處理系統(tǒng)才允許正常生產(chǎn)，乃至對于排放量都要嚴(yán)格的要求，涉及到污水的排放量必須通過計量用具來測量。江蘇安量儀表生產(chǎn)的智能電磁流量計由于構(gòu)造無助流件、使用壽命長、測量精度高、費用適中等優(yōu)點是大家選購測量導(dǎo)電液體的佳產(chǎn)品之一。

智能電磁流量計的事情原理和系統(tǒng)組成。并結(jié)合污水處理工藝將智能電磁流量計與其余流量計進(jìn)行分析對照,從理論和實際上闡述智能電磁流量計在工業(yè)污水處理環(huán)節(jié)流量測量的優(yōu)勢。

1、智能電磁流量計事情原理和測量系統(tǒng)組成

1.1事情原理

智能電磁流量計的事情原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動,因而在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢Ex,

Ex=BDv×10-4

式中:B為磁感應(yīng)強度,T;D為兩電極間的距離,mm;

v為被測介質(zhì)的平均流速,m/s;Ex為電動勢,V.

被測介質(zhì)的流量Q與d和v有關(guān)

式中:Q為被測介質(zhì)的流量,m3/s;v為被測介質(zhì)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(dāng)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)

2、由此可見,感應(yīng)電動勢Ex與被測介質(zhì)流量Q成正比。流量Q不受流體的溫度、壓力、密度、電導(dǎo)率變化的影響,具有很大的*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(nèi)阻變化高達(dá)幾萬歐姆,因此要求轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器。將感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)換成4～20mADC的統(tǒng)一信號。轉(zhuǎn)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、直放逐大器、霍爾乘法器等組成,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

智能電磁流量計經(jīng)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(nèi)使用較多的工頻交流勵磁因存在電磁感應(yīng)、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(shè)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)特性,行使工頻同步采樣、動態(tài)校零等技術(shù)提高了抗*力和零點穩(wěn)定性。對于像工業(yè)污水一樣電導(dǎo)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(luò)是1/8工頻的矩形波)勵磁技術(shù)的產(chǎn)品。

測量系統(tǒng)由測量管路、勵磁線圈、測量電極、信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器供給的正、負(fù)交替變化矩形波電流,送到勵磁線圈產(chǎn)生的,它克服了直流勵磁方式易在電極片面產(chǎn)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(yīng)電壓。在兩個檢測電極之間,產(chǎn)生正負(fù)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(chǎn)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(yīng)流量信號。在磁場電流到達(dá)它的穩(wěn)定值時,進(jìn)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(shè)計。信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)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個為了輸入操縱參數(shù)的按鍵組成。由UP01測定的與輸入操縱參數(shù)和校準(zhǔn)值有關(guān)的數(shù)字值,經(jīng)UP02計較后,其值通過科隆公司研制的KSA作為流量比例信號,經(jīng)光電耦合器到輸出驅(qū)動器,正負(fù)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,后的計數(shù)器讀數(shù)可久地儲存在E2PROM中。功能塊4把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流輸出信號;功能塊5能驅(qū)動電子計數(shù)器或電動機(jī)械計數(shù)器。

3、智能電磁流量計的應(yīng)用實例

某冶煉廠在生產(chǎn)中,由于生產(chǎn)工藝的需要,會產(chǎn)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(jìn)行監(jiān)控。在以往的設(shè)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(yīng)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。旋渦流量計的事情原理是在管道中插入一個旋渦發(fā)生體。當(dāng)管道中的流體流過旋渦發(fā)生體時,在旋渦發(fā)生體的后方和雙側(cè)會交替地產(chǎn)生有規(guī)律的卡門旋渦列。理論和實際證明,旋渦分離頻率f與管內(nèi)流體流速v成正比,其關(guān)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(shè)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(yīng)力式、差動電容式等。

從旋渦流量計的事情原理可以看出: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。它的事情原理是在流體管道中加入一孔板節(jié)流件,通過導(dǎo)壓管引入差壓變送器測出節(jié)流件上、下游的壓差,根據(jù)所測的壓差經(jīng)過計較即得出流量的瞬時值。由于導(dǎo)壓管內(nèi)水的不流動性,在較寒冷區(qū)域,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事情。測量較臟的污水時,孔板需經(jīng)常清洗。如清洗不及時,測量精度降低,取壓管經(jīng)常被污物堵死,儀表無法使用。用孔板的方式測流量時另有壓力損失大、維護(hù)量大等缺點。

根據(jù)工業(yè)污水具有流量變化大、雜質(zhì)、腐蝕性小、有一定的導(dǎo)電能力等特性,在測量工業(yè)污水的流量時,智能電磁流量計是一個很好的選定。可選用氯丁橡膠襯里,含鉬不銹鋼(OCr18Ni12Mo2Ti)電極的智能電磁流量計,即可滿足工業(yè)污水流量測量的要求。

污水分為工業(yè)污水和民用污水，工業(yè)污水普通具有一定的腐蝕性，選購智能電磁流量計時需要注意襯里和電極的選定。對于污水中含沙量對照大的，我們要考慮智能電磁流量計的耐磨性，選定耐磨的襯里和電極，普通選定聚氨酯或者陶瓷襯里，從經(jīng)濟(jì)成本上來說，選定聚氨酯是對照經(jīng)濟(jì)實惠的。對于智能電磁流量計的電極選定普通選定耐磨的碳化鎢電極。

智能電磁流量計對于測量有腐蝕性的污水，我們可以選定四氟襯里，電極的選定根據(jù)污水的特性，選定耐腐蝕的材質(zhì)。普通有HC、HB、鈦、鉭、鉑金材質(zhì)的。您只要提供技術(shù)參數(shù)，安量儀表的工程師可以幫您選定適合的智能電磁流量計。

4、結(jié)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(zhì)的物性(溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等),流體的流動狀況(紊流狀況、速度分布等),以及安裝條件與水平的影響。而且工業(yè)污水的狀況(流態(tài)、流速等)時刻在變化,如果選定流量計不合適,將使測量結(jié)果出現(xiàn)很大的偏差。經(jīng)過理論和實際的檢驗,智能電磁流量計在污水流量測量中有著很大的優(yōu)勢,目前應(yīng)用得越來越廣泛。