礦井水流量計

一、概述： 

礦井水流量計采用新技術(shù)。利用恒流低頻三值矩形波或雙頻矩形波勵磁，既有矩形波磁場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)，又克服了正弦波 磁場(chǎng)的缺點(diǎn)；還可以消除電源電壓波動(dòng)、電源頻率變化及勵磁線(xiàn)圈阻抗變化所造成的誤差；并有的零點(diǎn)穩定性和不受流體噪聲干擾影響。從而具有高穩定性、高可靠性的特點(diǎn)。 

二、測量原理： 

礦井水流量計根據法拉第電磁感應原理，在與測量管軸線(xiàn)和磁力線(xiàn)相垂直的管壁上安裝了一對檢測電極，當導電液體沿測量管軸線(xiàn)運動(dòng)時(shí)，導電液體切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生感應電勢，此感應電勢由兩個(gè)檢測電極檢出，數值大小與流量成正比例，其值為：E=KBVD式中： 

E－感應電勢； 

K－與磁場(chǎng)分布及軸向長(cháng)度有關(guān)的系數； 

B－磁感應強度； 

V－導電液體平均流速； 

D－電極間距；(測量管內直徑) 

傳感器將感應電勢E作為流量信號，傳送到轉換器，經(jīng)放大，變換濾波用一系列的數字處理后，用帶背光的點(diǎn)陣式液晶顯示瞬時(shí)流量和累積流量。轉換器有4～20mA輸出，報警輸出及頻率輸出，并設有RS－485等通訊接口，并支持HART和MODBUS協(xié)議。 礦井水流量計是根據法拉第電磁感應定律用來(lái)測量導電性液體體積流量的儀表。它可在層流、紊流、脈動(dòng)流量以及產(chǎn)生流線(xiàn)振動(dòng)等情況下對流體進(jìn)行流量測量.由于其測量管光滑,壓力損失小,測量范圍寬,反應靈敏,能獲得與流量成比例的信號,加之其測量管直通,便于清洗和滅菌消毒,因此它在用于特殊衛生要求的醫藥和食品工業(yè)中得到了廣泛的應用.特別是大口徑礦井水流量計在給排水工程、港口疏流和廢水處理系統中更是大顯身手。

詳細介紹

自法拉第1831年發(fā)現電磁感應定律后,1832年他便期望利用地球的地磁場(chǎng)來(lái)測量英國泰晤士河水的潮汐和流量,但試驗進(jìn)行三天便失敗了。這也是早的一次礦井水流量計的試驗。

1932年,生物學(xué)家A.Kolin個(gè)成功地完成了圓形管道的礦井水流量計,可用來(lái)測量和記錄瞬時(shí)動(dòng)脈血液流量。

1954年,Foxbor公司推出了一個(gè)礦井水流量計產(chǎn)品。

1955年,日本也制成了礦井水流量計,幾乎同時(shí)前蘇聯(lián)、英國、前西德也相繼試制成功.我國在1957年才開(kāi)始研制礦井水流量計。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,國內外生產(chǎn)礦井水流量計的廠(chǎng)家如雨后春筍般迅速發(fā)展起來(lái)。目前國外主要廠(chǎng)家有:日本橫河公司(YEWMAG,ADMAG型),日立公司(FMP-51型),美國B(niǎo)rooks公司(Maglite,May7500系列),Foxbor公司(M800型),德國KROHNK公司(KXBO,K180,K280,以及K480型等),Endress+Hauser(Mastermag型等)等廠(chǎng)家。

據1994年7月《計裝》雜志報導,美國1989年的實(shí)際流量?jì)x表市場(chǎng)為7.25億美元,礦井水流量計占9.7%;日本1992年的實(shí)際流量?jì)x表市場(chǎng)為591億日元,其中礦井水流量計占16.5%,僅次于差壓式流量計位于第二,足見(jiàn)礦井水流量計在流量計量工業(yè)中的重要地位。

標定技術(shù)

長(cháng)期以來(lái),國內外礦井水流量計只能用實(shí)流標定.隨著(zhù)礦井水流量計產(chǎn)品的精度、流程范圍及規格提高(達0.2級精度,1000∶1流程范圍,3m以上口徑),生產(chǎn)、使用和計量管理時(shí)標定它的技術(shù)設備費用也越來(lái)越高.上海光華美而特儀器有限公司引進(jìn)一套2m口徑的實(shí)流標定技術(shù)設備費用近400萬(wàn)馬克,標定用的水塔高達36m,大口徑標定設備的使用代價(jià)也很驚人,1m口徑的流量計在1m/s流速標定時(shí),就需要2827m3/h的水流量。目前國內的計量管理結構和企業(yè)就很難對礦井水流量計進(jìn)行必需的校驗標定.因此實(shí)現礦井水流量計的非實(shí)流標定就具有相當的意義.下面介紹一種的用靜止的電解質(zhì)溶液內的離子電流等效實(shí)際流量的離子電流的標定方法。

(1)設計思想

向靜止的電解質(zhì)溶液加入可控電流I,使溶液內離子沿傳感器管道有可控速度V,于垂直磁場(chǎng)B的作用下在傳感器內兩個(gè)信號電極軸向產(chǎn)生電場(chǎng)E.可得出在傳感器信號電極兩端的電動(dòng)勢就是液體內離子流速V在磁場(chǎng)和邊界條件(即傳感器的電極與管道空間關(guān)系決定的權重函數)下的解;利用電解質(zhì)標準溶液淌度作流量基準,便可得出標定用電解質(zhì)液體的離子速度,則對應離子電流就可具體等效于實(shí)際流體的流量值。

(2)理論依據

對于寬度為Wm,厚度為Hm,霍爾系數為Rm3/C的矩形截面的霍爾效應中,在離子電流I和磁場(chǎng)B下有霍爾電勢U∶U=(RIB)/H.改寫(xiě)為U=[(R/I)/(WH)]BW,當設V=(R/I)/(WH)時(shí),V的量綱就是m/s,即V就是導電離子的截面平均流速,則有霍爾電勢為U=VBW,這即為矩形截面管道礦井水流量計傳感器電極所得的電勢形式[4].因此圓管道礦井水流量計就是基本方程在磁場(chǎng)、電極與管道空間關(guān)系決定權重函數條件下的電極電勢解。

離子電流標定法能實(shí)現對各種口徑礦井水流量計的標定,特別是對大口徑、高精度、寬量程的礦井水流量計標定更具有非凡的意義。

2.2　零點(diǎn)穩定性

勵磁頻率是影響礦井水流量計的動(dòng)態(tài)響應速度和零點(diǎn)穩定性的主要性能指標.。勵磁頻率低,零點(diǎn)穩定性高,但儀表抗低頻干擾能力減弱,響應速度慢;勵磁頻率高,儀表抗干擾能力強,響應速度快,但零點(diǎn)穩定性差.很長(cháng)一段時(shí)期,勵磁技術(shù)制約著(zhù)礦井水流量計的發(fā)展。

(1)雙頻勵磁

1988年,日本橫河公司推出了雙頻勵磁技術(shù),由低頻(6.25Hz)矩形波和高頻(75Hz)矩形波疊加構成勵磁電流的波形,對兩種頻率采樣,得到高頻和低頻兩種流量信號,這樣可達到零點(diǎn)穩定性好、響應速度快(可達0.1s)、抗低頻干擾能力強的要求。在流量較穩定的情況下,該方法能取得滿(mǎn)意的效果,但當流量連續波動(dòng)時(shí),保證疊加后的線(xiàn)性度的技術(shù)難度高。

(2)零點(diǎn)動(dòng)態(tài)相關(guān)互補法

通過(guò)兩個(gè)采樣保持器,在一個(gè)正向(或負向)激磁下動(dòng)態(tài)消除信號的零點(diǎn)漂動(dòng)值,與勵磁頻率無(wú)關(guān).這樣,可使用較高的勵磁頻率,并同時(shí)獲得穩定的零點(diǎn),也易消除流動(dòng)噪聲.但必須使相關(guān)互補達到較理想時(shí)才能有較好的綜合性能指標。

2.3　勵磁功率

勵磁功率對礦井水流量計的防爆性能和傳感器的靈敏度及感應信號的信噪比有著(zhù)重要影響。勵磁電流直接影響勵磁功率.勵磁電流小,則勵磁功率小,礦井水流量計防爆性能好,但傳感器靈敏度減小,感應信號的信噪比下降,量程變小,精度降低。

通過(guò)零點(diǎn)自動(dòng)動(dòng)態(tài)辨識與反饋補償,可獲得較好的效果.即首先對信號進(jìn)行零點(diǎn)漂移的動(dòng)態(tài)辨識(判斷出零點(diǎn)漂動(dòng)值以及是否是流體流速在變化),再將漂動(dòng)值反饋到前級放大器,使放大器在消除零點(diǎn)后對信號進(jìn)行高增益放大。這樣,即使對較小的勵磁電流,也能獲得響應速度快、量程范圍大、精度高等性能指標.為礦井水流量計在防爆要求高的化學(xué)工業(yè)中的應用開(kāi)辟了很好的前景。

礦井水流量計的安裝及使用注意事項

1） 安裝詳細要求可查閱用戶(hù)手冊，但需注意：①滿(mǎn)足傳感器上游工藝直管段長(cháng)度＞10 D 傳（傳感器公稱(chēng)直徑）、下游直管段長(cháng)度＞5 D 傳的安裝要求。②保證被測液體必須充滿(mǎn)傳感器測量管。傳感器若安裝在垂直管道，流體流向必須是由下而上；

若安裝在水平管道，不能滿(mǎn)足滿(mǎn)管要求時(shí)可設置U型彎。③傳感器不能安裝在可能出現負壓的場(chǎng)合，否則會(huì )使聚四氟乙烯類(lèi)襯里變形而損壞流量計。

2） 接線(xiàn)和菜單設置查閱用戶(hù)手冊進(jìn)行，并注意：①傳感器公稱(chēng)直徑必須與現場(chǎng)相符，儀表系數的設置必須與傳感器的銘牌保持一致；②為了消除管道晃動(dòng)、樓房振動(dòng)及周?chē)姶挪ǜ蓴_，通常進(jìn)行小流量信號切除設置，一般為3%～10%；③菜單設置完畢后，維持電源在接通狀態(tài)至少30 s，否則參數設置后電源立即關(guān)閉，設置會(huì )被取消。

常見(jiàn)故障判斷及處理

1） 無(wú)顯示：①回路開(kāi)路、端子松動(dòng)或電源斷。重新接線(xiàn)、送電。②傳感器上箭頭與流體流動(dòng)方向不一致或流體流向設置錯誤。改變安裝方向或重新設置流體流向。

2） 流量不穩定：①流體未充滿(mǎn)、流體中有氣泡或存在兩相流。改變工藝條件，滿(mǎn)足測量要求。②接地不良或接地電阻不能滿(mǎn)足要求。這是運行中見(jiàn)故障，一般用截面積≥2 mm2的電纜接地，接地電阻≤10 Ω。③流量計附近有電焊機、變壓器或其他大功率電器工作。采取對傳感器與轉換器的連接線(xiàn)、轉換器的輸出信號線(xiàn)使用屏蔽電纜避免。

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