水電磁流量計的原理特點(diǎn)與安裝和調試
點(diǎn)擊次數：2263 發(fā)布時(shí)間：2021-09-09 15:09:32
隨著(zhù)**人口急劇增長(cháng)，工業(yè)發(fā)展迅速，**水資源狀況迅速惡化，“水危機”日趨嚴重。應對這種情況，我國政府將在“十一五”期間投資3000億元新建、改建數千座污水處理廠(chǎng)，以推進(jìn)城市污水處理和利用，污染減排。在這樣的大背景下，安徽省黃山市正投資興建某污水處理廠(chǎng)，目前已建成日處理水15000m3污水一期工程，擔負著(zhù)生活、工業(yè)污水凈化的重要任務(wù)，改善水體環(huán)境質(zhì)量，使黃山市成為一座山清水秀的城市。
2004年前，黃山市基本上沒(méi)有大型污水集中處理廠(chǎng)等設施，更別提用于污水流量檢測的流量計了。在污水處理過(guò)程中，原污水的流量是一個(gè)需要檢測的關(guān)鍵參數。因原污水是含有顆粒、懸浮物、固液混合、具有腐蝕性的介質(zhì)，而水電磁流量計*大特點(diǎn)是能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（如泥漿）或纖維液體的流量，因此，該污水處理廠(chǎng)采用了2臺水電磁流量計，用于原污水的流量計量。
1 水電磁流量計的工作原理
水電磁流量計的基本原理是法拉*電磁感應定律，即導體在磁場(chǎng)中切割磁力運動(dòng)時(shí)，其兩端產(chǎn)生感應電動(dòng)勢E為：
式中，K為儀表常數；B為磁感應強度（T）；v為導體運動(dòng)平均速度m/s；D為管道內徑（m）。
水電磁流量計工作原理和結構如圖1所示，由流量傳感器和轉換器兩大部分組成。
測量流量時(shí)，導電性液體相當于法拉*試驗中的導電金屬棒，以平均速度v流過(guò)垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng)。導電性液體的流動(dòng)，在測量電*上感應出與平均流速成正比的電壓。其感應電壓信號E通過(guò)一對或一對以上的與液體直接接觸的電*檢測出來(lái)。
根據流體的體積流量公式為
由公式（2）可知，Q與v是成正比的一一對應函數，那么E與Q也是成正比的一一對應函數，測出了感應電壓E也即測出了介質(zhì)的體積流量Q。
測出的感應電壓E由電纜送至轉換器，通過(guò)智能化處理，然后LCD顯示，或轉換成標準信號4～20mA輸出。
2 水電磁流量計特點(diǎn)
（1）測量管道內無(wú)阻力元件，沒(méi)有附加的壓力損失，不易發(fā)生堵塞，具有顯著(zhù)的節能意義；
（2）測量管道內無(wú)可動(dòng)部件，不易磨損，因此傳感器壽命長(cháng)；
（3）傳感器所需的直管段較短，方便安裝；
（4）合理選擇電*和內襯材料，可耐腐蝕和耐磨損；
（5）雙向測量系統，可測正反向流量；
（6）流量的測量為體積流量，不受流量的密度、粘度、溫度、壓力、和電導率變化的影響；
（7）傳感器感應電壓信號與平均流速呈線(xiàn)性關(guān)系，測量精度高（±0.3～-0.5％），量程比寬（1：150）。
3 水電磁流量計選型
儀表的選型很重要，有關(guān)資料表明，儀表在實(shí)際應用中有2/3的故障是儀表選型錯誤或使用不當造成的，因此，在確定選用水電磁流量計之后，還應根據不同的工藝、環(huán)境、測量、介質(zhì)等綜合考慮。
3.1 口徑選擇
根據該污水處理廠(chǎng)提供的工藝管道直徑、管道壓力及污水流速，選擇口徑D=600mm的水電磁流量計，現場(chǎng)不需要縮管和擴管。
3.2 內襯、電*材料選擇
水電磁流量計主要用于測電導率≥5μS/cm的流體流量，應根據被測物質(zhì)的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特點(diǎn)和價(jià)格承受能力，應選擇不同內襯、電*材料。
水電磁流量計的內襯材料有：耐腐蝕性中等、耐一般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠材料，耐磨損性強而耐腐蝕性能一般的聚氨脂橡膠，耐腐蝕性能強和適于溫度高的聚四氟乙烯，化學(xué)性質(zhì)等同于聚四氟乙烯的抗拉、抗壓聚全氟乙丙烯，耐稀酸、堿、鹽的溫度＜60℃的聚乙烯和溫度＜100℃的聚苯硫醚等。
電*材料裝于其管道內壁，與被測物質(zhì)直接接觸，故應根據被測物質(zhì)的腐蝕性選定。水電磁流量計電*的材料有：耐鹽和小于50%濃度堿溶液的鈦（Ti）電*，耐酸和鹽的鉭（Ta）電*，耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電*，不適于鹽酸的哈氏合金C電*和不適于硝酸的哈氏合金B電*，耐腐蝕能力一般、但價(jià)格低廉的不銹鋼316L等。
根據該污水處理廠(chǎng)主要處理生活廢水及工業(yè)廢水，再考慮用戶(hù)能接受的價(jià)格，選用氯丁橡膠材料內襯和不銹鋼316L材料電*。
3.3 防護等級的選定
根據**標準，傳感器有IP65噴水型和IP68潛水型兩種防護等級，根據用戶(hù)實(shí)際安裝地點(diǎn)在低矮的井道中，所以傳感器選IP68防塵潛水型。
3.4 附加功能的選擇
（1）對于選定的基本型，水電磁流量計已帶LCD顯示、4～20mA電流輸出和0～1KHz頻率輸出，根據流量計和計算機通訊的要求，需增加RS-485通訊口功能，
（2）對于傳感器安裝在地面以下，應選擇分體型。
4 水電磁流量計的安裝和調試
4.1 安裝要領(lǐng)
（1）安裝點(diǎn)選擇在管道*低處在確認被測物質(zhì)流向之后，安裝點(diǎn)要選擇在任何時(shí)候測量導管內都能充滿(mǎn)液體，以防止由于測量導管內無(wú)液而指示不在零位所引起的誤差如圖2所示。
（2）直管段保證在前5D后3D為獲得儀表測量精確度，在傳感器上游側的直管段長(cháng)度不小于5D，下游側不小于3D（D為傳感器的名義直徑）。若在傳感器上游側有兩個(gè)以上的彎頭或其它阻流件，則前置直管段應大于10D。
（3）信號電*在水平方向水平安裝時(shí)要使電*軸線(xiàn)平行于地平線(xiàn)，因為處于底部的電*易被沉淀物覆蓋，被測介質(zhì)中偶存氣泡擦過(guò)遮住電*表面，使輸出信號波動(dòng)。
（4）盡量避開(kāi)振動(dòng)源、磁源（大功率電機、變壓器）由于水電磁流量計的測量感應電壓很小，電壓較低，易受外界電磁噪聲的影響，故在安裝時(shí)應進(jìn)行可靠的接地連（跨）接。金屬管道水電磁流量計接地連（跨）接方法如圖3所示
4.2 轉換器安裝和調試
一體化水電磁流量計無(wú)單獨安裝轉換器，分體式轉換器安裝在傳感器附近或儀表室，場(chǎng)所選擇余地較大，環(huán)境條件好些。轉換器和傳感器間距離受制于被測介質(zhì)電導率和信號電纜型號，即電纜的分布電容、導線(xiàn)截面和屏蔽層數、用制造廠(chǎng)儀表所附（或規定型號）的信號電纜。電導率較低傳輸距離較長(cháng)時(shí)，應用二層屏蔽電纜。
為了避免干擾信號，信號電纜必須單獨穿過(guò)接地保護鋼管內，不能把信號電纜和電源線(xiàn)安裝在同一鋼管內。
功能性調試時(shí)，由智能轉換器對儀表分別進(jìn)行參數的讀取，臨界值報警試驗等，然后進(jìn)行流量系數值的寫(xiě)入。
5 儀表投運及故障處理
水電磁流量計在投運前，應對管道及流量計進(jìn)行徹底檢查，包括管道雜物等清理，電*處干燥處理。還包括電氣線(xiàn)路的檢查，*先應對線(xiàn)路的接地進(jìn)行檢測，確保接地可靠后，還需進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測試。
該水電磁流量計正常投運一年多來(lái)，基本上未出現故障，但是一年后，出現工作異常，具體表現為測量值變大或變小，或者是不停地波動(dòng)，且經(jīng)現場(chǎng)檢查，已排除管道不滿(mǎn)管、介質(zhì)含氣等現象的可能性，發(fā)現這類(lèi)問(wèn)題的出現可能是與電纜線(xiàn)故障有關(guān)。因為流量計隨管道埋敷在地下，傳感器具有IP68防護結構，轉換器安裝在儀表箱或室內，兩者通過(guò)電纜連接，由于地面沉陷，山區環(huán)境潮濕等現場(chǎng)情況的變化，傳感器和轉換器未徹底做好電纜接頭處的防潮（防水）等處理，恰逢該接頭處于一個(gè)潮濕的環(huán)境，如儀表井、電纜溝等，潮氣侵入電纜接頭，都有造成如下的可能：
（1）信號線(xiàn)對地絕緣下降，引起信號衰減，*終是測量結果偏??；
（2）信號電纜連接處接觸電阻變大，使測量值變小，若該接觸電阻不穩定，則測量值無(wú)法穩定，且易引入干擾；
（3）勵磁線(xiàn)圈對地絕緣下降，造成測量結果偏??；
（4）信號線(xiàn)勵磁線(xiàn)對地絕緣性能下降，使得測量結果遠大于正常的數據，如這種干擾不穩定，對儀表的影響也變化不定，繼而出現波動(dòng)；
（5）勵磁回路電纜連接處接觸電阻變大，使轉換器的勵磁回路處于非恒流工作區域，勵磁電流下降，同樣造成測量結果偏小，若該接觸電阻不穩定，則測量值出現波動(dòng)。
判別這類(lèi)異常情況，因發(fā)生在信號回路，判斷有一定難度，只有深入現場(chǎng)，在排除流量計其它可能性故障后，就應檢查電纜是否有問(wèn)題，現場(chǎng)儀表維護人員只要把現場(chǎng)的勵磁回路電阻測量值與廠(chǎng)方提供的數據作比較，測試接地電阻，逐步判定問(wèn)題所在，繼而采取措施，或更換整根電纜，或保持電纜接頭處干燥等。
6 結束語(yǔ)
由于水電磁流量計運行環(huán)境較為復雜，影響其正常工作的因素眾多，調試技術(shù)需要不斷總結和更新?？傊?，只要我們合理選用、正確安裝水電磁流量計，并采取有效的措施加以維護，就能避免或減少故障的發(fā)生，延長(cháng)儀表的使用壽命，為生產(chǎn)提供準確可靠的計量數據。
在現代化的污水處理工藝中，配備流量檢測儀表，構成可靠的自動(dòng)控制系統，使污水水質(zhì)達到常規的排放標準，造福人類(lèi)。
2004年前，黃山市基本上沒(méi)有大型污水集中處理廠(chǎng)等設施，更別提用于污水流量檢測的流量計了。在污水處理過(guò)程中，原污水的流量是一個(gè)需要檢測的關(guān)鍵參數。因原污水是含有顆粒、懸浮物、固液混合、具有腐蝕性的介質(zhì)，而水電磁流量計*大特點(diǎn)是能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（如泥漿）或纖維液體的流量，因此，該污水處理廠(chǎng)采用了2臺水電磁流量計，用于原污水的流量計量。
1 水電磁流量計的工作原理
水電磁流量計的基本原理是法拉*電磁感應定律，即導體在磁場(chǎng)中切割磁力運動(dòng)時(shí)，其兩端產(chǎn)生感應電動(dòng)勢E為：
式中，K為儀表常數；B為磁感應強度（T）；v為導體運動(dòng)平均速度m/s；D為管道內徑（m）。
水電磁流量計工作原理和結構如圖1所示，由流量傳感器和轉換器兩大部分組成。
測量流量時(shí)，導電性液體相當于法拉*試驗中的導電金屬棒，以平均速度v流過(guò)垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng)。導電性液體的流動(dòng)，在測量電*上感應出與平均流速成正比的電壓。其感應電壓信號E通過(guò)一對或一對以上的與液體直接接觸的電*檢測出來(lái)。
根據流體的體積流量公式為
由公式（2）可知，Q與v是成正比的一一對應函數，那么E與Q也是成正比的一一對應函數，測出了感應電壓E也即測出了介質(zhì)的體積流量Q。
測出的感應電壓E由電纜送至轉換器，通過(guò)智能化處理，然后LCD顯示，或轉換成標準信號4～20mA輸出。
2 水電磁流量計特點(diǎn)
（1）測量管道內無(wú)阻力元件，沒(méi)有附加的壓力損失，不易發(fā)生堵塞，具有顯著(zhù)的節能意義；
（2）測量管道內無(wú)可動(dòng)部件，不易磨損，因此傳感器壽命長(cháng)；
（3）傳感器所需的直管段較短，方便安裝；
（4）合理選擇電*和內襯材料，可耐腐蝕和耐磨損；
（5）雙向測量系統，可測正反向流量；
（6）流量的測量為體積流量，不受流量的密度、粘度、溫度、壓力、和電導率變化的影響；
（7）傳感器感應電壓信號與平均流速呈線(xiàn)性關(guān)系，測量精度高（±0.3～-0.5％），量程比寬（1：150）。
3 水電磁流量計選型
儀表的選型很重要，有關(guān)資料表明，儀表在實(shí)際應用中有2/3的故障是儀表選型錯誤或使用不當造成的，因此，在確定選用水電磁流量計之后，還應根據不同的工藝、環(huán)境、測量、介質(zhì)等綜合考慮。
3.1 口徑選擇
根據該污水處理廠(chǎng)提供的工藝管道直徑、管道壓力及污水流速，選擇口徑D=600mm的水電磁流量計，現場(chǎng)不需要縮管和擴管。
3.2 內襯、電*材料選擇
水電磁流量計主要用于測電導率≥5μS/cm的流體流量，應根據被測物質(zhì)的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特點(diǎn)和價(jià)格承受能力，應選擇不同內襯、電*材料。
水電磁流量計的內襯材料有：耐腐蝕性中等、耐一般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠材料，耐磨損性強而耐腐蝕性能一般的聚氨脂橡膠，耐腐蝕性能強和適于溫度高的聚四氟乙烯，化學(xué)性質(zhì)等同于聚四氟乙烯的抗拉、抗壓聚全氟乙丙烯，耐稀酸、堿、鹽的溫度＜60℃的聚乙烯和溫度＜100℃的聚苯硫醚等。
電*材料裝于其管道內壁，與被測物質(zhì)直接接觸，故應根據被測物質(zhì)的腐蝕性選定。水電磁流量計電*的材料有：耐鹽和小于50%濃度堿溶液的鈦（Ti）電*，耐酸和鹽的鉭（Ta）電*，耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電*，不適于鹽酸的哈氏合金C電*和不適于硝酸的哈氏合金B電*，耐腐蝕能力一般、但價(jià)格低廉的不銹鋼316L等。
根據該污水處理廠(chǎng)主要處理生活廢水及工業(yè)廢水，再考慮用戶(hù)能接受的價(jià)格，選用氯丁橡膠材料內襯和不銹鋼316L材料電*。
3.3 防護等級的選定
根據**標準，傳感器有IP65噴水型和IP68潛水型兩種防護等級，根據用戶(hù)實(shí)際安裝地點(diǎn)在低矮的井道中，所以傳感器選IP68防塵潛水型。
3.4 附加功能的選擇
（1）對于選定的基本型，水電磁流量計已帶LCD顯示、4～20mA電流輸出和0～1KHz頻率輸出，根據流量計和計算機通訊的要求，需增加RS-485通訊口功能，
（2）對于傳感器安裝在地面以下，應選擇分體型。
4 水電磁流量計的安裝和調試
4.1 安裝要領(lǐng)
（1）安裝點(diǎn)選擇在管道*低處在確認被測物質(zhì)流向之后，安裝點(diǎn)要選擇在任何時(shí)候測量導管內都能充滿(mǎn)液體，以防止由于測量導管內無(wú)液而指示不在零位所引起的誤差如圖2所示。
（2）直管段保證在前5D后3D為獲得儀表測量精確度，在傳感器上游側的直管段長(cháng)度不小于5D，下游側不小于3D（D為傳感器的名義直徑）。若在傳感器上游側有兩個(gè)以上的彎頭或其它阻流件，則前置直管段應大于10D。
（3）信號電*在水平方向水平安裝時(shí)要使電*軸線(xiàn)平行于地平線(xiàn)，因為處于底部的電*易被沉淀物覆蓋，被測介質(zhì)中偶存氣泡擦過(guò)遮住電*表面，使輸出信號波動(dòng)。
（4）盡量避開(kāi)振動(dòng)源、磁源（大功率電機、變壓器）由于水電磁流量計的測量感應電壓很小，電壓較低，易受外界電磁噪聲的影響，故在安裝時(shí)應進(jìn)行可靠的接地連（跨）接。金屬管道水電磁流量計接地連（跨）接方法如圖3所示
4.2 轉換器安裝和調試
一體化水電磁流量計無(wú)單獨安裝轉換器，分體式轉換器安裝在傳感器附近或儀表室，場(chǎng)所選擇余地較大，環(huán)境條件好些。轉換器和傳感器間距離受制于被測介質(zhì)電導率和信號電纜型號，即電纜的分布電容、導線(xiàn)截面和屏蔽層數、用制造廠(chǎng)儀表所附（或規定型號）的信號電纜。電導率較低傳輸距離較長(cháng)時(shí)，應用二層屏蔽電纜。
為了避免干擾信號，信號電纜必須單獨穿過(guò)接地保護鋼管內，不能把信號電纜和電源線(xiàn)安裝在同一鋼管內。
功能性調試時(shí)，由智能轉換器對儀表分別進(jìn)行參數的讀取，臨界值報警試驗等，然后進(jìn)行流量系數值的寫(xiě)入。
5 儀表投運及故障處理
水電磁流量計在投運前，應對管道及流量計進(jìn)行徹底檢查，包括管道雜物等清理，電*處干燥處理。還包括電氣線(xiàn)路的檢查，*先應對線(xiàn)路的接地進(jìn)行檢測，確保接地可靠后，還需進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測試。
該水電磁流量計正常投運一年多來(lái)，基本上未出現故障，但是一年后，出現工作異常，具體表現為測量值變大或變小，或者是不停地波動(dòng)，且經(jīng)現場(chǎng)檢查，已排除管道不滿(mǎn)管、介質(zhì)含氣等現象的可能性，發(fā)現這類(lèi)問(wèn)題的出現可能是與電纜線(xiàn)故障有關(guān)。因為流量計隨管道埋敷在地下，傳感器具有IP68防護結構，轉換器安裝在儀表箱或室內，兩者通過(guò)電纜連接，由于地面沉陷，山區環(huán)境潮濕等現場(chǎng)情況的變化，傳感器和轉換器未徹底做好電纜接頭處的防潮（防水）等處理，恰逢該接頭處于一個(gè)潮濕的環(huán)境，如儀表井、電纜溝等，潮氣侵入電纜接頭，都有造成如下的可能：
（1）信號線(xiàn)對地絕緣下降，引起信號衰減，*終是測量結果偏??；
（2）信號電纜連接處接觸電阻變大，使測量值變小，若該接觸電阻不穩定，則測量值無(wú)法穩定，且易引入干擾；
（3）勵磁線(xiàn)圈對地絕緣下降，造成測量結果偏??；
（4）信號線(xiàn)勵磁線(xiàn)對地絕緣性能下降，使得測量結果遠大于正常的數據，如這種干擾不穩定，對儀表的影響也變化不定，繼而出現波動(dòng)；
（5）勵磁回路電纜連接處接觸電阻變大，使轉換器的勵磁回路處于非恒流工作區域，勵磁電流下降，同樣造成測量結果偏小，若該接觸電阻不穩定，則測量值出現波動(dòng)。
判別這類(lèi)異常情況，因發(fā)生在信號回路，判斷有一定難度，只有深入現場(chǎng)，在排除流量計其它可能性故障后，就應檢查電纜是否有問(wèn)題，現場(chǎng)儀表維護人員只要把現場(chǎng)的勵磁回路電阻測量值與廠(chǎng)方提供的數據作比較，測試接地電阻，逐步判定問(wèn)題所在，繼而采取措施，或更換整根電纜，或保持電纜接頭處干燥等。
6 結束語(yǔ)
由于水電磁流量計運行環(huán)境較為復雜，影響其正常工作的因素眾多，調試技術(shù)需要不斷總結和更新?？傊?，只要我們合理選用、正確安裝水電磁流量計，并采取有效的措施加以維護，就能避免或減少故障的發(fā)生，延長(cháng)儀表的使用壽命，為生產(chǎn)提供準確可靠的計量數據。
在現代化的污水處理工藝中，配備流量檢測儀表，構成可靠的自動(dòng)控制系統，使污水水質(zhì)達到常規的排放標準，造福人類(lèi)。