淺談電(dian)磁流量計與電(diàn)磁水表的區别(bié)

電磁流量(liàng)計 是一種基于(yú)法拉第電磁感(gǎn)應原理設計制(zhì)造的計量導電(diàn)介質體積流量(liang)的速度式儀表(biǎo)。通常電磁流量(liàng)計與介質接觸(chu)的内腔部位爲(wei)一個圓筒形直(zhi)管 , 一對測(cè)量電極鑲嵌在(zai)中部 , 呈對(duì)稱分布 , 電(diàn)極與介質間的(de)部位爲一對直(zhi)徑爲 6~10 mm的圓(yuan)餅狀薄金屬 , 其伸出部分(fen)厚度僅 2~4 mm, 幾(jǐ)乎不影響流态(tai)的變化。這種簡(jiǎn)單的無可動部(bù)件㊙️的内腔☀️結構(gou) , 猶如一根(gēn)普通的圓筒形(xíng)流體管道 , 因而不産生任(rèn)何壓損 , 也(yě)不會被某些介(jie)質中的懸浮物(wù)及固态雜質所(suo)阻塞。電😍磁🏃流量(liang)計産生的電極(jí)信号幅度與流(liú)體的流速成正(zheng)比 , 因而電(diàn)信号經放大處(chù)理後得到的流(liu)量數據 , 線(xian)性度非常理想(xiǎng)。

電磁流量(liang)計測量精度高(gāo)、量程比寬、重複(fu)性和線性均十(shi)❄️分優良 ;通(tōng)常可測量流速(sù)在 0.4~12 m/s範圍的(de)各種導電介質(zhi) ;可以雙向(xiang)計量 ;測量(liàng)介質可以是單(dan)一溶液 , 也(ye)可以是固、液混(hùn)合物 , 也允(yǔn)許有氣泡 (氣泡和固态物(wù)質将增加計量(liang)介質體積流量(liang)的誤差🍉 ) 。

電磁流量計(jì)廣泛應用于各(gè)類導電介質的(de)計量 , 如清(qīng)水、污水、液态酸(suān)、堿、鹽、液态有機(ji)化工産品、食品(pin)✊工業中的📧醬油(you)、醋及酒類等。混(hùn)有塊狀果肉的(de)蘋果醬、混有沙(sha)石的混凝土 , 這些漿狀混(hun)合物也可以計(ji)量 , 隻是各(ge)種腐蝕性強的(de)介質需配置耐(nài)腐蝕的工程材(cai)料 , 如橡膠(jiao)、聚四氟乙烯、尼(ní)龍等做流量計(jì)的内襯。混有氣(qì)泡和固态物質(zhì)的醬料需采用(yòng)特殊的計算方(fāng)法來減少計量(liang)的🈚誤差。

一(yī)般的電磁流量(liang)計由于電路複(fu)雜、勵磁功率較(jiào)大😘 , 整機功(gōng)耗需 15~25 V· A, 因而需市電 (AC220 V) 或的安全電(dian)源 (DC24 V) 供電。随(sui)着電子技術突(tu)飛猛進的發展(zhan) , 電磁流量(liang)電信号的處理(li)已由 2~3 m V精密(mi)到 0.1 m V, 動态分(fen)辨率可以低至(zhì)± 0.000 03 m V, 這種新技(ji)術功耗極低 , *可以電池供(gong)電。由此産生了(le)電磁水表的概(gai)念———一種僅計量(liàng)清水🌈、内部采用(yòng)锂電池供電的(de)長壽命智能型(xing)電♈磁流量計 , 由于市場定(ding)位和使用要求(qiu)不同 , 兩者(zhě)存在較大的區(qu)别 , 本文做(zuò)以下評述。

1 應用領域

(1) 電磁流量計使(shi)用廣泛 , 适(shi)用于工業生産(chǎn)中各種導電介(jie)質的流量連續(xu)計量💜和生産工(gōng)藝控制領域、科(ke)學研究的計量(liàng)測控領域。

(2) 電磁水表以計(jì)量清水、原水爲(wei)主。在市政領域(yu)得到廣👣泛使🍉用(yòng) , 主要解決(jué)水源和城鄉供(gong)水的計量、統計(ji)、分析、結算功能(néng)。

2 精度

(1) 電磁流量計的(de)精度通常爲± 0.5%, 高精度的可(ke)達到± 0.2%、± 0.3%。

(2) 電磁水表(biao)的精度一般爲(wèi)Ⅱ級 (Q₂ ~Q₄ ± 2%, Q₁ ~Q₂ ± 5%) , 高精度的可(ke)達到 I級 (Q₂ ~Q₄ ± 1%, Q₁ ~Q₂ ± 3%) 。

3 口徑

(1) 電(diàn)磁流量計生産(chan)廠商大都可以(yǐ)提供 DN20~DN500的産(chan)品 , 規模較(jiào)大的專業廠商(shāng)可以提供 DN10~DN3000的電磁流量計(jì) , DN25~DN600規格的應(ying)用數量多。

(2) 市場應用多的(de)電磁水表口徑(jìng)在 DN50~DN300, 少數先(xiān)進的跨國專業(ye)廠商能生産 DN25~DN800口徑的全系(xi)列電磁水表。

4 量程範圍 (計量流速範(fan)圍 ) 及量程(cheng)遷移

(1) 電磁(ci)流量計的介質(zhi)流速測量範圍(wéi)通常爲 0.4~12m/s, 通(tong)常用 Q_max 和 Q_min 來定義計量(liang)範圍 , Q_max /Q_min  (量程(chéng)比 ) 一般在(zài) 20~25範圍 , Q_min ~Q_max 應保證精度。如(ru) DN100的 0.5級(jí)表 , 在量程(cheng)比 20的情況(kuàng)下 , 在 10 m³ /h (Q_min ) 至 200 m³ /h (Q_max ) 流量範(fan)圍内 , 均應(ying)保證± 0.5%的精(jing)度。作爲電磁流(liú)量計 , 考慮(lǜ)使用的經濟性(xing) , 常将 Q_max 選在 6.5~8.5 m/s流速(su)範圍内 , 如(rú)上述 Q_max 爲 200 m³ /h的 DN100電磁(cí)流量計 , 其(qí) Q_max 流速爲 7.07 m/s。廠商可以自(zi)行規定各種口(kǒu)徑的 Q_max 流速(sù) , 例如某型(xing) DN100電磁流量(liang)計 , 其 0.5級産品的 Q_max 爲 200 m³ /h, Q_max /Q_min ≥ 25;Q_max 的(de)流速爲 7.07 m/s, 在(zai) 8~200 m³ /h量程範圍(wéi)内的誤差小于(yú)± 0.3%。

所謂(wei)“量程遷移” , 是指該台電磁(cí)流量計在某種(zhong)工藝現場 , 其流量計量範(fan)圍要調整到 4~80 m³ /h, 且其電流輸(shū)出的 4 m A對應(ying)流量是 4 m³ /h, 20 m A輸(shū)出時對應的測(cè)量值爲 80 m³ /h。即(ji)将這台電磁流(liu)量計的計量範(fàn)圍由标稱的 10~200 m³ /h, 通過菜單改(gai)變參數 , “遷(qiān)移”至 4~80 m³ /h。當然(rán) , 經過這樣(yang)的量程遷移 4~10 m³ /h流量段的測(ce)量精度将超出(chū)± 0.5%的精度要(yào)求。通常 , 電(diàn)磁流量計的計(jì)量上限流量點(dian) , 可“遷移”的(de)流速範圍爲 1~10 m/s。選用電磁流(liú)量計的口徑 , 要兼顧經濟(jì)流速 2.5~4.5 m³ /h和工(gong)藝要求。

(2) 電(diàn)磁水表的高測(ce)量流速可達 15 m/s, 通常電磁水(shui)表的流量點 Q₃ 選在 12.5~13.5 m/s流(liú)速上。電磁水表(biǎo)的量程範圍參(can)照冷水水表标(biao)準❄️ , 是一種(zhong)強制執行的标(biao)準。* , 冷水水(shuǐ)表的流量範圍(wei)可由 Q₁  (小流(liú)量 ) 、 Q₂  (分(fen)界流量 ) 、 Q₃  (常用流量 ) 、 Q₄  (大流量(liang) ) 來表述 , 一般情況下(xia) , 其流量計(ji)量特性可由量(liang)程比 Q₃ /Q₁  (R值 ) , Q₄ /Q₃ =1.25, Q₂ /Q₁ =1.6來反映。目前(qian)跨國先進專業(yè)廠商的電磁水(shui)表 , 其 Q₃ /Q₁ 可達 400。如西(xī)門子Ⅱ級 DN100電(dian)磁水表 , Q₃ =250 m³ /h (流(liu)速爲 13.48 m/s) , Q₄ =312.5 m³ /h (流速(su)爲 16.85 m/s) , Q₃ /Q₁ =400, R₂ /Q₁ =1.6, Q₂ =1.0 m³ /h, Q₁ =0.63 m³ /h。

電(diàn)磁水表沒有“量(liàng)程遷移”的概念(nian) , 它的計量(liàng)範圍在始動流(liú)量 Q_S 至大流(liu)量 Q₄ 之間 , 選用電磁水(shui)表的口徑 , 主要應考慮滿(mǎn)足經濟流速。

5 重複性

(1) 對于電磁流量(liàng)計 , 重複性(xing)是重要的技術(shù)指标之一 , 其重複性指标(biāo)通常爲精度的(de) 1/3, 例如 0.5級精度的電磁(ci)流量計 , 其(qí)重複性應優于(yú)± 0.16%;0.2級表的重(zhòng)複性應優于± 0.06%。

(2) 電磁水(shui)表并不把重複(fu)性作爲一項考(kǎo)核的質量指标(biāo) , 它僅是一(yī)項設計和實驗(yan)指标。電磁水表(biao)重要的技術🔱指(zhǐ)标爲精度 , 低的始動流量(liàng) , Q₁ 流量點和(he)量程比 (Q₃ /Q₁ ) 。當(dang)然 , 對于流(liú)量計來講 , 兩者均能保證(zheng)長期連續的穩(wen)定運行是十分(fen)重要的。

6 供(gong)電方式 (功(gong)耗 )

(1) 通常電(diàn)磁流量計的處(chù)理速率快、處理(lǐ)精度高 , 控(kòng)制要求快速、穩(wěn)定、準确。因電磁(cí)流量計和外界(jie)信息交👣流方👈式(shi)複雜 (輸出(chu) 4~20 m A電流信号(hào)、 0~10KC頻率信号(hào)、 RS-485通信、開關(guān)量控制等 ) , 隔離程度高 , 因而電子線(xiàn)路多用大量的(de)高速電子元件(jiàn) , 功耗可達(da) 15~25 V· A, 這必(bi)須由市電 (AC220 V) 和外電源 (DC24 V) 供電。因而抗幹(gan)擾、光電隔離、電(dian)磁隔離等防止(zhi)電源的強電磁(cí)沖擊等技術措(cuò)施十分必要。

(2) 電磁水表的(de)采樣速率比較(jiào)慢 , 電子線(xian)路由先進的低(di)功耗、超低功耗(hao)的集成電路爲(wèi)🐪主 , 計算方(fang)法爲特殊的省(shěng)電方式 , 因(yīn)而功耗極低 , 可以由内部(bu)電池來連續長(zhang)期供電。這要求(qiu)電磁水表的電(dian)池工🔞作壽命至(zhi)少爲 5~6年 , 現在也有 8~10年的産品。對(duì)于電磁水表而(er)言 , 降低功(gōng)耗、提高電池工(gong)作壽命是一項(xiàng)難度很大的挑(tiāo)戰。

7 采樣速(sù)率

(1) 電磁流(liu)量計的計量實(shi)時性要滿足工(gong)業控制的工藝(yi)❗要求 , 其特(tè)點爲及高速 , 因而采樣處(chù)理速率普遍要(yao)求高于 100 ms/次(cì)。

(2) 電磁水表(biǎo)的采樣速率在(zai) 1~30 s/次範圍 , 就可以得到(dao)計量的流量數(shu)據 , 況且采(cǎi)樣速率低 , 功耗也越低 ;通常采樣速(su)率在 15 s/次時(shi) , 内部配備(bèi)的電池可保證(zheng)連續計量 6年。

8 管道結(jié)構與測量直管(guan)段

(1) 電磁流(liú)量計可以由市(shi)電供電 , 因(yin)而電子元器件(jian)和電子線路的(de)選擇受功耗的(de)影響小 , 選(xuan)擇範圍廣 ;數百毫安的勵(lì)磁電流使傳感(gan)器的信号輸出(chū)幅度也較大 , 因而不必對(dui)流體額外加速(su)以增強信号幅(fú)值。

電磁流(liú)量計的測量腔(qiāng)爲直管 , 工(gong)藝簡單 , 加(jiā)工成本低 , 是電磁流量計(ji)測量腔體的普(pu)遍設計方式。直(zhí)管結構幾乎❤️不(bú)會引起被測流(liu)場的紊亂 , 測量的流速基(jī)本爲經濟流速(su) (高流速低(di)于 8 m/s左右 ) , 高速采樣率(lü)又可及時修正(zhèng)各種流場變化(huà)帶來的誤差 , 所以電磁流(liú)量計的直管段(duàn)爲前 5D和後(hòu) 3D就可以滿(man)足計量的精度(du)要求。

(2) 電磁(ci)水表使用内裝(zhuāng)的锂電池供電(dian) , 降低功耗(hao)、延長工作壽命(ming)是其設計任務(wu)的關鍵 , 因(yīn)而隻能采用較(jiào)低的勵磁電流(liu) (通常它的(de)勵磁電流僅爲(wei)電磁流量計的(de) 1/10, 甚至更低(dī) ) , 這樣傳感(gǎn)器的有效輸出(chū)信号幅值就很(hěn)微弱。電磁㊙️水表(biǎo)研發人員通常(chang)用兩種方法來(lái)增強信号 :一是提高信号(hao)的放大倍數 ;二是将測量(liàng)段縮徑 , 人(rén)爲提高介質流(liu)速 , 這将大(dà)幅提升流量信(xin)号。因此 , 電(dian)磁水表的測量(liang)腔體幾乎都采(cai)用縮徑工藝 , 一般縮徑爲(wèi)原标稱口徑的(de) 70%~80%, 縮徑率以(yǐ)不顯著影響儀(yi)表的壓損并且(qie)不顯著改變流(liu)場🏃🏻‍♂️的穩🧡定爲原(yuan)則。

電磁水(shuǐ)表的縮徑工藝(yi)加大了制造難(nan)度 , 增大了(le)壓力損失 , 太大的縮徑也(ye)會擾亂流場的(de)穩定 , 因此(cǐ)制造商要綜合(he)考慮縮徑和流(liu)場穩定對計量(liàng)的影響。

電(diàn)磁水表的采樣(yang)速率比較慢 , 信号又很微(wēi)弱 , 這樣計(ji)算處理需要的(de)穩定時間比較(jiao)長 , 這也需(xu)要遠比電磁流(liu)量計更穩定的(de)流速 , 考慮(lǜ)到縮徑的因素(sù) , 一般電磁(cí)水表的前後直(zhí)管段選擇要比(bi)電磁流量計嚴(yan)格。爲保證計量(liang)精度 , 電磁(cí)水表通常需要(yào)前 10D和後 5D的直管段。

9 儀表通信

(1) 電磁流量計(ji)使用廣泛 , 計量方式和流(liú)量控制方式種(zhong)類繁雜 , 因(yīn)而通信方式比(bǐ)較豐富 , 一(yi)般生産廠商都(dou)有下述配置 : (1) 定量脈沖輸(shu)出 , 如輸出(chū)一個脈沖代表(biao) 1 m³ /h流量 (可選 0.1 m³ /h, 甚至(zhì) 0.01 m³ /h) 。 (2) 頻率(lü)輸出 , 表示(shì)輸出 0~10 k Hz頻率(lǜ)範圍代表 0~Q_max 流量。 (3) 輸出(chū) 4~20 m A電流 , 通常表示瞬時(shí)量爲 Q_min ~Q_max 。近幾(ji)年設計的 4~20 m A電流模拟信号(hào) , 可以同時(shí)進行數字通信(xin) , 即可以進(jin)行 HART (協議 ) 通信。 (4) RS-485通(tōng)信 , 通常執(zhi)行 Modbus RTU通信标(biao)準。 (5) 開關量(liàng)輸出 , 一般(ban)有 1~2路輸出(chū)控制 , 以執(zhi)行超流量上限(xiàn)關閘 , 超流(liu)量下限開閘等(deng)工藝控制。

這些通信幾乎(hū)都通過電纜連(lián)接儀表和計算(suàn)機及控制設備(bèi) , 以保證計(ji)量和工藝控制(zhì)的、實時、可靠。

(2) 電磁水表主(zhu)要使用在原水(shuǐ)和居民自來水(shuǐ)的計量、統⛹🏻‍♀️計、分(fen)析和結算上 , 幾乎沒有工(gong)藝控制要求 , 内部電池供(gòng)應又限制它不(bu)能過多的耗電(dian) , 因此通信(xin)方式比較簡潔(jie) , 一般生産(chǎn)廠商都選下述(shù)配置中的若幹(gàn)方式進行⛹🏻‍♀️通信(xin) : (1) 和傳統冷(lěng)水水表一樣 , 可以人工抄(chāo)表 , 因而都(dōu)有液晶屏進行(hang)流量數據顯示(shi)。 (2) 開關量輸(shu)出。 (3) 與無線(xian)通信裝置的接(jie)口 , 可通過(guo)無線通信設備(bei)進行聯網通信(xin)。 (4) RS-485通信和電(dian)磁流量計一樣(yang) , 通常執行(hang) Modbus RTU通信協議(yi) , 并且需要(yào)外部供電 (DC24 V) , 這往往需要 4根電纜。東海(hǎi)集團生産的電(diàn)磁水表可以采(cai)用微功♌耗🆚技術(shù)來進行 RS-485通(tōng)信 , 這種方(fang)式可以使用内(nei)部锂電池進行(hang)供電 , 省掉(diào)外供電的 2根電纜 , 通(tong)信隻需 2根(gēn)電纜連接。 (5) 紅外通信 , 這是一種功耗(hao)較低的無線雙(shuāng)向通信方式 , 容易滿足安(ān)裝在井下和水(shui)中的電磁水表(biǎo)的苛刻的防護(hù)要求⭐。

1 0 使用(yòng)環境

1 0.1 溫度(dù)要求

(1) 電磁(cí)流量計使用場(chǎng)合廣泛 , 通(tōng)常在 -20~55℃的溫(wen)度環境中可連(lian)續、穩定、可靠地(di)工作。某些特定(ding)🏃‍♂️領😍域 , 甚至(zhì)能在 70℃高溫(wēn)條件下正常運(yun)行。

(2) 電磁水(shui)表一般隻能在(zai) 0.1~55℃的溫度環(huán)境中連續工作(zuo) , 設計和性(xing)能試驗時 , 需考慮夏日高(gāo)溫直射的炙烤(kǎo)影響。

1 0.2 維護(hù)要求

(1) 電磁(ci)流量計通常由(you)專業人員維護(hu)和保養 , 且(qie)往往有周期性(xìng) (1年左右 ) 的測試和維(wéi)護。

(2) 電磁水(shuǐ)表檢測周期較(jiao)長 (2年左右(you) ) , 平時幾乎(hū)處于無監管狀(zhuàng)态 , 大口徑(jing)表數據值對計(ji)量結算影響巨(jù)大 , 因而對(dui)其設計、測試和(he)生産制造的質(zhi)量要求更高。

1 0.3 防護要求

(1) 電磁流量計(jì)使用廣泛 , 運行環境複雜(za) , 因而生産(chan)廠商針對不同(tóng)的使用環境設(shè)計了不同的保(bǎo)護方🌈法供用戶(hù)選擇 , 如采(cai)用 IP66标準的(de)通用型電磁流(liu)量計 , 僅能(neng)防護雨水的淋(lin)落 ;高溫高(gao)濕環境使用要(yao)采用特殊的密(mì)封耐高溫設計(ji) ;潛水型電(diàn)磁流量計要按(àn) IP68标準設計(ji)防護外殼 , 某些危險場合(hé) (如紡織廠(chang)、面粉加工廠、化(hua)工廠、煤礦、易燃(rán)易爆場所 ) 使用的電磁流(liu)量計 , 必須(xū)按照隔爆标準(zhǔn)來設計外殼防(fáng)護。所以電磁流(liu)量計生産廠商(shāng)通常會按照用(yòng)戶的使用環境(jìng)條件 , 提供(gong)相适應的防護(hu)方式産品。

(2) 電磁水表測量(liàng)介質比較單一(yi) , 主要是潔(jié)淨的原水 (如輸送的江、河(hé)、湖泊之水 , 井水及地下水(shuǐ) ) 和市政供(gòng)應的清潔自來(lái)水 , 所用場(chang)合幾乎無危險(xiǎn)性或爆炸性粉(fen)塵 , 使用環(huan)境溫度差不是(shi)太大 , 看似(sì)其防護要求比(bi)較容易解決 , 而實際上電(dian)磁水表往往安(an)裝在井下潮濕(shī)場所 , 管道(dào)滲漏及雨雪天(tiān)氣又可将電磁(cí)水表泡在水中(zhong) , 要防止電(diàn)磁水表機殼密(mì)封處和通信電(dian)纜進線處的水(shuǐ)滲🛀漏十分重要(yào) , 所以電磁(cí)水表均按潛水(shuǐ)型設計外殼保(bao)護 , 爲提高(gao)防護質量 , 至少需要達到(dao) 1 m水深 7天的試驗要求(qiu) , 其防護應(yīng)執行 IP68标準(zhǔn) 2 m水深 10天以上的要求(qiú)。東海集團的電(diàn)磁水表外殼防(fang)護目🐅前按 2 m水深 30天的(de) IP68标準制造(zào) , 并且正在(zai)考慮将防護試(shì)驗要求提高到(dao) 10 m水深 30天 , 以達到(dào) 6年以上防(fang)護壽命。