礦井水流量計(jì)

一、概述： 

礦井水流量計(jì)采用新技術(shù)。利用恒流低頻三值矩形波或雙頻矩形波勵(lì)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(lì)磁線圈阻抗變化所造成的誤差；并有的零點(diǎn)穩(wěn)定性和不受流體噪聲干擾影響。從而具有高穩(wěn)定性、高可靠性的特點(diǎn)。 

二、測(cè)量原理： 

礦井水流量計(jì)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，在與測(cè)量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對(duì)檢測(cè)電極，當(dāng)導(dǎo)電液體沿測(cè)量管軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此感應(yīng)電勢(shì)由兩個(gè)檢測(cè)電極檢出，數(shù)值大小與流量成正比例，其值為：E=KBVD式中： 

E－感應(yīng)電勢(shì)； 

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

B－磁感應(yīng)強(qiáng)度； 

V－導(dǎo)電液體平均流速； 

D－電極間距；(測(cè)量管內(nèi)直徑) 

傳感器將感應(yīng)電勢(shì)E作為流量信號(hào)，傳送到轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大，變換濾波用一系列的數(shù)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(zhuǎn)換器有4～20mA輸出，報(bào)警輸出及頻率輸出，并設(shè)有RS－485等通訊接口，并支持HART和MODBUS協(xié)議。 礦井水流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律用來(lái)測(cè)量導(dǎo)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)生流線振動(dòng)等情況下對(duì)流體進(jìn)行流量測(cè)量.由于其測(cè)量管光滑,壓力損失小,測(cè)量范圍寬,反應(yīng)靈敏,能獲得與流量成比例的信號(hào),加之其測(cè)量管直通,便于清洗和滅菌消毒,因此它在用于特殊衛(wèi)生要求的醫(yī)藥和食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用.特別是大口徑礦井水流量計(jì)在給排水工程、港口疏流和廢水處理系統(tǒng)中更是大顯身手。

詳細(xì)介紹

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

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(jì),可用來(lái)測(cè)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(jì)產(chǎn)品。

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

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

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

標(biāo)定技術(shù)

長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外礦井水流量計(jì)只能用實(shí)流標(biāo)定.隨著礦井水流量計(jì)產(chǎn)品的精度、流程范圍及規(guī)格提高(達(dá)0.2級(jí)精度,1000∶1流程范圍,3m以上口徑),生產(chǎn)、使用和計(jì)量管理時(shí)標(biāo)定它的技術(shù)設(shè)備費(fèi)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(biāo)定技術(shù)設(shè)備費(fèi)用近400萬(wàn)馬克,標(biāo)定用的水塔高達(dá)36m,大口徑標(biāo)定設(shè)備的使用代價(jià)也很驚人,1m口徑的流量計(jì)在1m/s流速標(biāo)定時(shí),就需要2827m3/h的水流量。目前國(guó)內(nèi)的計(jì)量管理結(jié)構(gòu)和企業(yè)就很難對(duì)礦井水流量計(jì)進(jìn)行必需的校驗(yàn)標(biāo)定.因此實(shí)現(xiàn)礦井水流量計(jì)的非實(shí)流標(biāo)定就具有相當(dāng)?shù)囊饬x.下面介紹一種的用靜止的電解質(zhì)溶液內(nèi)的離子電流等效實(shí)際流量的離子電流的標(biāo)定方法。

(1)設(shè)計(jì)思想

向靜止的電解質(zhì)溶液加入可控電流I,使溶液內(nèi)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(nèi)兩個(gè)信號(hào)電極軸向產(chǎn)生電場(chǎng)E.可得出在傳感器信號(hào)電極兩端的電動(dòng)勢(shì)就是液體內(nèi)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(quán)重函數(shù))下的解;利用電解質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液淌度作流量基準(zhǔn),便可得出標(biāo)定用電解質(zhì)液體的離子速度,則對(duì)應(yīng)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(jù)

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

離子電流標(biāo)定法能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種口徑礦井水流量計(jì)的標(biāo)定,特別是對(duì)大口徑、高精度、寬量程的礦井水流量計(jì)標(biāo)定更具有非凡的意義。

2.2　零點(diǎn)穩(wěn)定性

勵(lì)磁頻率是影響礦井水流量計(jì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和零點(diǎn)穩(wěn)定性的主要性能指標(biāo).。勵(lì)磁頻率低,零點(diǎn)穩(wěn)定性高,但儀表抗低頻力減弱,響應(yīng)速度慢;勵(lì)磁頻率高,儀表抗力強(qiáng),響應(yīng)速度快,但零點(diǎn)穩(wěn)定性差.很長(zhǎng)一段時(shí)期,勵(lì)磁技術(shù)制約著礦井水流量計(jì)的發(fā)展。

(1)雙頻勵(lì)磁

1988年,日本橫河公司推出了雙頻勵(lì)磁技術(shù),由低頻(6.25Hz)矩形波和高頻(75Hz)矩形波疊加構(gòu)成勵(lì)磁電流的波形,對(duì)兩種頻率采樣,得到高頻和低頻兩種流量信號(hào),這樣可達(dá)到零點(diǎn)穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快(可達(dá)0.1s)、抗低頻力強(qiáng)的要求。在流量較穩(wěn)定的情況下,該方法能取得滿意的效果,但當(dāng)流量連續(xù)波動(dòng)時(shí),保證疊加后的線性度的技術(shù)難度高。

(2)零點(diǎn)動(dòng)態(tài)相關(guān)互補(bǔ)法

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

2.3　勵(lì)磁功率

勵(lì)磁功率對(duì)礦井水流量計(jì)的防爆性能和傳感器的靈敏度及感應(yīng)信號(hào)的信噪比有著重要影響。勵(lì)磁電流直接影響勵(lì)磁功率.勵(lì)磁電流小,則勵(lì)磁功率小,礦井水流量計(jì)防爆性能好,但傳感器靈敏度減小,感應(yīng)信號(hào)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(shí)與反饋補(bǔ)償,可獲得較好的效果.即首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行零點(diǎn)漂移的動(dòng)態(tài)辨識(shí)(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(jí)放大器,使放大器在消除零點(diǎn)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行高增益放大。這樣,即使對(duì)較小的勵(lì)磁電流,也能獲得響應(yīng)速度快、量程范圍大、精度高等性能指標(biāo).為礦井水流量計(jì)在防爆要求高的化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用開辟了很好的前景。

礦井水流量計(jì)的安裝及使用注意事項(xiàng)

1） 安裝詳細(xì)要求可查閱用戶手冊(cè)，但需注意：①滿足傳感器上游工藝直管段長(zhǎng)度＞10 D 傳（傳感器公稱直徑）、下游直管段長(zhǎng)度＞5 D 傳的安裝要求。②保證被測(cè)液體必須充滿傳感器測(cè)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，不能滿足滿管要求時(shí)可設(shè)置U型彎。③傳感器不能安裝在可能出現(xiàn)負(fù)壓的場(chǎng)合，否則會(huì)使聚四氟乙烯類襯里變形而損壞流量計(jì)。

2） 接線和菜單設(shè)置查閱用戶手冊(cè)進(jìn)行，并注意：①傳感器公稱直徑必須與現(xiàn)場(chǎng)相符，儀表系數(shù)的設(shè)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)及周圍電磁波干擾，通常進(jìn)行小流量信號(hào)切除設(shè)置，一般為3%～10%；③菜單設(shè)置完畢后，維持電源在接通狀態(tài)至少30 s，否則參數(shù)設(shè)置后電源立即關(guān)閉，設(shè)置會(huì)被取消。

常見(jiàn)故障判斷及處理

1） 無(wú)顯示：①回路開路、端子松動(dòng)或電源斷。重新接線、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(shè)置錯(cuò)誤。改變安裝方向或重新設(shè)置流體流向。

2） 流量不穩(wěn)定：①流體未充滿、流體中有氣泡或存在兩相流。改變工藝條件，滿足測(cè)量要求。②接地不良或接地電阻不能滿足要求。這是運(yùn)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(jì)附近有電焊機(jī)、變壓器或其他大功率電器工作。采取對(duì)傳感器與轉(zhuǎn)換器的連接線、轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)線使用屏蔽電纜避免。

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