水電磁流量計的原理特點與安裝和調試
點擊次數(shù)：3163 發(fā)布時間：2021-09-09 15:09:32
隨著**人口急劇增長，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(shù)千座污水處理廠，以推進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，目前已建成日處理水15000m3污水一期工程，擔負著生活、工業(yè)污水凈化的重要任務，改善水體環(huán)境質量，使黃山市成為一座山清水秀的城市。
2004年前，黃山市基本上沒有大型污水集中處理廠等設施，更別提用于污水流量檢測的流量計了。在污水處理過程中，原污水的流量是一個需要檢測的關鍵參數(shù)。因原污水是含有顆粒、懸浮物、固液混合、具有腐蝕性的介質，而水電磁流量計*大特點是能夠測量酸、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，即導體在磁場中切割磁力運動時，其兩端產生感應電動勢E為：
式中，K為儀表常數(shù)；B為磁感應強度（T）；v為導體運動平均速度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，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流過垂直于流動方向的磁場。導電性液體的流動，在測量電極上感應出與平均流速成正比的電壓。其感應電壓信號E通過一對或一對以上的與液體直接接觸的電極檢測出來。
根據(jù)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(shù)，那么E與Q也是成正比的一一對應函數(shù)，測出了感應電壓E也即測出了介質的體積流量Q。
測出的感應電壓E由電纜送至轉換器，通過智能化處理，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
（1）測量管道內無阻力元件，沒有附加的壓力損失，不易發(fā)生堵塞，具有顯著的節(jié)能意義；
（2）測量管道內無可動部件，不易磨損，因此傳感器壽命長；
（3）傳感器所需的直管段較短，方便安裝；
（4）合理選擇電極和內襯材料，可耐腐蝕和耐磨損；
（5）雙向測量系統(tǒng)，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性關系，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，有關資料表明，儀表在實際應用中有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(jù)不同的工藝、環(huán)境、測量、介質等綜合考慮。
3.1 口徑選擇
根據(jù)該污水處理廠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(xiàn)場不需要縮管和擴管。
3.2 內襯、電極材料選擇
水電磁流量計主要用于測電導率≥5μS/cm的流體流量，應根據(jù)被測物質的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特點和價格承受能力，應選擇不同內襯、電極材料。
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，化學性質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。
電極材料裝于其管道內壁，與被測物質直接接觸，故應根據(jù)被測物質的腐蝕性選定。水電磁流量計電極的材料有：耐鹽和小于50%濃度堿溶液的鈦（Ti）電極，耐酸和鹽的鉭（Ta）電極，耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電極，不適于鹽酸的哈氏合金C電極和不適于硝酸的哈氏合金B(yǎng)電極，耐腐蝕能力一般、但價格低廉的不銹鋼316L等。
根據(jù)該污水處理廠主要處理生活廢水及工業(yè)廢水，再考慮用戶能接受的價格，選用氯丁橡膠材料內襯和不銹鋼316L材料電極。
3.3 防護等級的選定
根據(jù)**標準，傳感器有IP65噴水型和IP68潛水型兩種防護等級，根據(jù)用戶實際安裝地點在低矮的井道中，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(jù)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
（1）安裝點選擇在管道*低處在確認被測物質流向之后，安裝點要選擇在任何時候測量導管內都能充滿液體，以防止由于測量導管內無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）信號電極在水平方向水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，因為處于底部的電極易被沉淀物覆蓋，被測介質中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。
（4）盡量避開振動源、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，故在安裝時應進行可靠的接地連（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電導率和信號電纜型號，即電纜的分布電容、導線截面和屏蔽層數(shù)、用制造廠儀表所附（或規(guī)定型號）的信號電纜。電導率較低傳輸距離較長時，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接地保護鋼管內，不能把信號電纜和電源線安裝在同一鋼管內。
功能性調試時，由智能轉換器對儀表分別進行參數(shù)的讀取，臨界值報警試驗等，然后進行流量系數(shù)值的寫入。
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行徹底檢查，包括管道雜物等清理，電極處干燥處理。還包括電氣線路的檢查，*先應對線路的接地進行檢測，確保接地可靠后，還需進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，基本上未出現(xiàn)故障，但是一年后，出現(xiàn)工作異常，具體表現(xiàn)為測量值變大或變小，或者是不停地波動，且經現(xiàn)場檢查，已排除管道不滿管、介質含氣等現(xiàn)象的可能性，發(fā)現(xiàn)這類問題的出現(xiàn)可能是與電纜線故障有關。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，兩者通過電纜連接，由于地面沉陷，山區(qū)環(huán)境潮濕等現(xiàn)場情況的變化，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）信號線對地絕緣下降，引起信號衰減，*終是測量結果偏小；
（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(wěn)定，則測量值無法穩(wěn)定，且易引入干擾；
（3）勵磁線圈對地絕緣下降，造成測量結果偏小；
（4）信號線勵磁線對地絕緣性能下降，使得測量結果遠大于正常的數(shù)據(jù)，如這種干擾不穩(wěn)定，對儀表的影響也變化不定，繼而出現(xiàn)波動；
（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(qū)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(wěn)定，則測量值出現(xiàn)波動。
判別這類異常情況，因發(fā)生在信號回路，判斷有一定難度，只有深入現(xiàn)場，在排除流量計其它可能性故障后，就應檢查電纜是否有問題，現(xiàn)場儀表維護人員只要把現(xiàn)場的勵磁回路電阻測量值與廠方提供的數(shù)據(jù)作比較，測試接地電阻，逐步判定問題所在，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
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，調試技術需要不斷總結和更新。總之，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，延長儀表的使用壽命，為生產提供準確可靠的計量數(shù)據(jù)。
在現(xiàn)代化的污水處理工藝中，配備流量檢測儀表，構成可靠的自動控制系統(tǒng)，使污水水質達到常規(guī)的排放標準，造福人類。
2004年前，黃山市基本上沒有大型污水集中處理廠等設施，更別提用于污水流量檢測的流量計了。在污水處理過程中，原污水的流量是一個需要檢測的關鍵參數(shù)。因原污水是含有顆粒、懸浮物、固液混合、具有腐蝕性的介質，而水電磁流量計*大特點是能夠測量酸、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，即導體在磁場中切割磁力運動時，其兩端產生感應電動勢E為：
式中，K為儀表常數(shù)；B為磁感應強度（T）；v為導體運動平均速度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，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流過垂直于流動方向的磁場。導電性液體的流動，在測量電極上感應出與平均流速成正比的電壓。其感應電壓信號E通過一對或一對以上的與液體直接接觸的電極檢測出來。
根據(jù)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(shù)，那么E與Q也是成正比的一一對應函數(shù)，測出了感應電壓E也即測出了介質的體積流量Q。
測出的感應電壓E由電纜送至轉換器，通過智能化處理，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
（1）測量管道內無阻力元件，沒有附加的壓力損失，不易發(fā)生堵塞，具有顯著的節(jié)能意義；
（2）測量管道內無可動部件，不易磨損，因此傳感器壽命長；
（3）傳感器所需的直管段較短，方便安裝；
（4）合理選擇電極和內襯材料，可耐腐蝕和耐磨損；
（5）雙向測量系統(tǒng)，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性關系，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，有關資料表明，儀表在實際應用中有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(jù)不同的工藝、環(huán)境、測量、介質等綜合考慮。
3.1 口徑選擇
根據(jù)該污水處理廠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(xiàn)場不需要縮管和擴管。
3.2 內襯、電極材料選擇
水電磁流量計主要用于測電導率≥5μS/cm的流體流量，應根據(jù)被測物質的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特點和價格承受能力，應選擇不同內襯、電極材料。
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，化學性質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。
電極材料裝于其管道內壁，與被測物質直接接觸，故應根據(jù)被測物質的腐蝕性選定。水電磁流量計電極的材料有：耐鹽和小于50%濃度堿溶液的鈦（Ti）電極，耐酸和鹽的鉭（Ta）電極，耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電極，不適于鹽酸的哈氏合金C電極和不適于硝酸的哈氏合金B(yǎng)電極，耐腐蝕能力一般、但價格低廉的不銹鋼316L等。
根據(jù)該污水處理廠主要處理生活廢水及工業(yè)廢水，再考慮用戶能接受的價格，選用氯丁橡膠材料內襯和不銹鋼316L材料電極。
3.3 防護等級的選定
根據(jù)**標準，傳感器有IP65噴水型和IP68潛水型兩種防護等級，根據(jù)用戶實際安裝地點在低矮的井道中，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(jù)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
（1）安裝點選擇在管道*低處在確認被測物質流向之后，安裝點要選擇在任何時候測量導管內都能充滿液體，以防止由于測量導管內無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）信號電極在水平方向水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，因為處于底部的電極易被沉淀物覆蓋，被測介質中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。
（4）盡量避開振動源、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，故在安裝時應進行可靠的接地連（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電導率和信號電纜型號，即電纜的分布電容、導線截面和屏蔽層數(shù)、用制造廠儀表所附（或規(guī)定型號）的信號電纜。電導率較低傳輸距離較長時，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接地保護鋼管內，不能把信號電纜和電源線安裝在同一鋼管內。
功能性調試時，由智能轉換器對儀表分別進行參數(shù)的讀取，臨界值報警試驗等，然后進行流量系數(shù)值的寫入。
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行徹底檢查，包括管道雜物等清理，電極處干燥處理。還包括電氣線路的檢查，*先應對線路的接地進行檢測，確保接地可靠后，還需進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，基本上未出現(xiàn)故障，但是一年后，出現(xiàn)工作異常，具體表現(xiàn)為測量值變大或變小，或者是不停地波動，且經現(xiàn)場檢查，已排除管道不滿管、介質含氣等現(xiàn)象的可能性，發(fā)現(xiàn)這類問題的出現(xiàn)可能是與電纜線故障有關。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，兩者通過電纜連接，由于地面沉陷，山區(qū)環(huán)境潮濕等現(xiàn)場情況的變化，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）信號線對地絕緣下降，引起信號衰減，*終是測量結果偏小；
（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(wěn)定，則測量值無法穩(wěn)定，且易引入干擾；
（3）勵磁線圈對地絕緣下降，造成測量結果偏小；
（4）信號線勵磁線對地絕緣性能下降，使得測量結果遠大于正常的數(shù)據(jù)，如這種干擾不穩(wěn)定，對儀表的影響也變化不定，繼而出現(xiàn)波動；
（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(qū)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(wěn)定，則測量值出現(xiàn)波動。
判別這類異常情況，因發(fā)生在信號回路，判斷有一定難度，只有深入現(xiàn)場，在排除流量計其它可能性故障后，就應檢查電纜是否有問題，現(xiàn)場儀表維護人員只要把現(xiàn)場的勵磁回路電阻測量值與廠方提供的數(shù)據(jù)作比較，測試接地電阻，逐步判定問題所在，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
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，調試技術需要不斷總結和更新。總之，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，延長儀表的使用壽命，為生產提供準確可靠的計量數(shù)據(jù)。
在現(xiàn)代化的污水處理工藝中，配備流量檢測儀表，構成可靠的自動控制系統(tǒng)，使污水水質達到常規(guī)的排放標準，造福人類。