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污水流量测量中流量计的选型与探讨 流量计技术指标

时间：2020-07-29    来源：仪多多仪器网    作者：仪多多商城     
摘要 环保产业对污水流量的测量和控制的精确度、可靠性要求已越来越高，文章介绍了电磁式、涡街式、节流式等几种流量计的选型设计，结合水处理工艺，从理论和实践两方面阐述各自的特点。
主题词 流量计 测量 污水 选型

国外一位流量专家F.C.King horo曾说过，流量计是少数几种使用比制造艰难的仪表之一。这是因为流量是一个动态量，处于运动状态的液体内部不仅存在着粘性摩擦作用，还会产生不稳定的旋涡和二次流等复杂流动现象。测量仪表本身受到众多因素，如：管道、口径大小、形状（圆形、矩形）、边界条件、介质的物性（温度、压力、密度、粘度、脏污性、腐蚀性等）、流体的流动状态（紊流状态、速度分布等）以及安装条件与水平的影响。面对国内外十几类、上百个品种的流量仪表（先后发展起来的容积式、差压式、涡轮式、面积式、电磁式、超声波式和热式流量计等类型），如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、经济性等因素合理选型，是应用好流量仪表的前提和基础。除了仪表自身质量要得到保证，工艺数据的提供和仪表的安装、使用、维护是否合理也相当重要。本文介绍电磁式、涡街式、节流式等几种流量计的选型设计。

1. 电磁流量计选型设计

电磁流量计自20世纪50年代末国内首次工业应用以来，七八十年代在流量测量中运用和发展很快。电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律，即被测介质垂直于磁力线方向流动，因而在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一感应电动势EX

（1）

式中 Ex ——电动势，V；
B——磁感应强度，T；
d——两电极间的距离，mm；
υ——被测介质的平均流速，m/s。

被测介质的流量Q与d和υ有关：

（2）

由式（2）得：

（3）

当磁场强度B与两极间距离d一定时，则：

Ex =K * Q （4）

其中，K=4*10-4/πd=常数。

由式（4）可知，感应电动势EX与被测介质流量（流速）成正比，电磁流量计不受温度、压力、粘度、重度等外界因素的影响，测量管内部无收缩或凸出部分的压力损失，另外，流量元件检测出的最初信号，是一个与流体平均流速成精确线性变化的 电压，它与流体的其他性质无关，具有很大的优越性。

根据污水具有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电能力等特性，测量污水的流量，电磁流量计是一个很好的选择。它结构紧凑、体积小，安装、操作、维护方便，如测量系统采用智能化设计，整体密封加强，能在较恶劣的环境下正常工作。可选用氯丁橡胶衬里，含钼不锈钢（OCrI8Ni12Mo2Ti）电极的电磁流量计，即可满足污水流量测量的要求。

某冶炼厂在生产中，由于生产工艺的需要，会产生大量的工业污水，污水处理分厂必须对污水的流量进行监控。在以往的设计中，流量仪表不少都选用旋涡流量计和孔板流量计。而实际应用中发现测量的流量显示值与实际流量偏差较大，而 改用电磁流量计偏差大大减小。

2. 涡街流量计选型设计

涡街流量计作为一种新型流量计，80年代中期以来发展较快，它在流量测量方面有着诸多的优点和长处，在现代流量测量中应用越来越广泛。在国内使用涡街流量计进行流量测量也愈来愈得到重视，目前我国已有性能优良并有自主知识产权的产品系列。涡街流量计是基于流体振动发展起来的，根据旋涡的不同，检测方式从热丝式、热敏式逐渐发展了应力式、磁敏式及差动开关电容式、超声波式等。涡街流量计几乎可用于一切可形成旋涡列的场合，不仅可用于封闭的管道，还可用于开放的沟槽。与涡轮流量计相比，涡街流量计没有可动的机械部件，维护工作量小，仪表常数稳定；与孔板式流量计相比，涡街流量 计测量范围大，压力损失小，准确度高，安装与维护简单。但涡街流量计的环境相关参数较多，容易在使用现场被忽略而影响流量计性能的正确发挥。

涡街流量计的原理是在流量计管道中，设置一滞流件，当流体流经滞流件时，由于滞流件表面的滞流作用等原因，在其下游会产生两列不对称的旋涡，这些旋涡在滞流件的侧后方分开，形成所谓的卡门 （Karman）旋涡列，两列旋涡的旋转方向是相反的，卡门从理论上证明了当h/L=0.281（h为两旋涡列之间的宽度，L为两个相邻旋涡间的距离）时，旋涡列是稳定的，在此情况下，产生旋涡的频率f与流量计管道中流体流速υ的关系为：

f =sv/d （5）

v=df/s （6）

式中 d ——圆柱形滞流件的直径；
s——无量纲常数，称为Strouhal数，与流体流动状态的雷诺数Re有关。

流量计圆截面管道的雷诺数Re为：

（7）

式中 υ——流体的流速，m/s；
ρ——流体的密度，kg/m3；
μ——流体的动力粘度，(kg·m-1)/s。

而流体的流量：

Q=A *v

从上式可见，涡街流量计选型设计完毕，流量Q不仅与f有关，而且与雷诺数Re也有关。雷诺数Re是表征粘性流体流动特性的一个无量纲数，其物理意义是流体流动的惯性力与粘滞力的比值 。因此，流体的流动状态对涡街流量计的使用也有一定的影响。如果环境参数对流体流动状态有影响也会影响到涡街流量计的使用性能。

经过实践，如下几个方面对涡街流量计的使用都有影响，应对这些问题进行分析。

（1） 涡街流量计的测量范围较大，一般10：1，但测量下限受许多因素限制：Re＞10 000是涡街流量计工作的最基本条件，除此以外，它还受旋涡能量的限制，介质流速较低，则旋涡的强度、旋转速度也低，难以引起传感元件产生响应信号，旋涡频率f也小，还会使信号处理发生困难。测量上限则受传感器的频率响应（如磁敏式一般不超过400Hz）和电路的频率限制，因此设计时一定要对流速范围进行计算、核算，根据流体的流速进行选择。使用现场环境条件复杂，选型时除注意环境温度、湿度、气氛等条件外，还要考虑电磁干扰。在强干扰如高压输电电站、大型整流所等场合，磁敏式、压电应力式等仪表不能正常工作或不能准确测量。

（2） 振动也是该类仪表的一大劲敌。因此在使用时注意避免机械振动，尤其是管道的横向振动（垂直于管道轴线又垂直旋涡发生体轴线的振动），这种影响在流量计结构设计上是无法抑制和消除的。由于涡街信号对流场影响同样敏感，故直管段长度不能保证稳定 涡街所必要的流动条件时，是不宜选用的。即使是抗振性较强的电容式、超声波式，保证流体为充分发展的单向流，也是不可忽略的。

（3） 介质温度对涡街流量计的使用性能也有很大的影响。如压力应力式涡街流量计不能长期使用在300℃状态下，因其绝缘阻抗会由常温下的10 MΩ～100 MΩ急降至1 MΩ～10 KΩ，输出信号也变小，导致测量特性恶化，对此宜选用磁敏式或电容式结构。在测量系统中，传感器与转换器宜采用分离安装方式，以免长期高温影响仪表可靠性和使用寿命。

涡街流量计是一种比较新型的流量计，处于发展阶段，还不很成熟，如果选择不当，性能也不能很好发挥。只有经过合理选型、正确安装后，还需要在使用过程中认真定期维护，不断积累经验，提高对系统故障的预见性以及判断、处理问题的能力，从而达到令人满意的效果。

3. 节流式流量计选型设计

节流式流量计是早期大量使用的一种测量流量的计量装置，其历史最长，用量较多。现在常见的为圆孔板型和锥形入口板型，其工作原理是在流体管道中加入一孔板节流件，通过导压管引入压差变送器测出节流件上、下游的压差，根据所测的压差经过计算即得出流量的瞬时值。由于导压管内水的不流动性，在较寒冷地区，冬天室外安装的孔板取压管容易 冻裂（冻住），使差压仪器无法正常工作。测量较脏的污水时，孔板需经常清洗。如清洗不及时，测量精度降低，取压管经常被污物堵死，仪表无法使用。用孔板的方式测流量时还有压力损失大、维护量大等缺点。因此改变取压方式， 例如用径距取压法，就可以减少孔板污物的影响。

4. 结 语

以上几种污水流量测量流量计中，电磁流量计性能较好，节流流量计应用范围广，而涡街流量计比较新型，并正在不断发展。只有了解这几种流量计各自的性能，才能对流量计选型设计好，使污水流量的测量和控制达到精确度和可靠性要求。
质量流量计故障处理
　　一、硬件故障

　　若出现误差偏大，积算器显示不亮或不增值，显示器空白位等现象，其原因：

　　a、安装不规范，可直接导致流量计零漂，如质量流量计安装在泵出口处较近，传感器支撑强度不够，连接法兰焊接不当产生应力信号，电缆受电磁干扰。

　　b、接线问题

　　若出现显示器不亮现象，应检查积算器电源连线，若出现保险丝被烧，应确认输入电压与标准电压标称值，交直流形式是否一致。又若出现积算器不随流量增加时，应检查积算器接线，若积算器装有正/反向程序，应检查流量计接线，因流量计接线不正确，会使积算器在反向流时不递增。

　　c、工艺介质变化

　　若测量介质出现夹气，气化或两相流等现象，变送器会出现报警显示，严重时，传感器停止工作。

　　d、变送器失效。

　　e、传感器失效。

　　f、管道吹扫问题。

　　二、软件问题

　　质量流量计故障处理——对于刚校验完的流量计安装使用前一定要注意在当前工况下的零点校验，必须保证流量计中充满介质后关闭两端截止阀才能零点标定，具体的方法有很多种，面板操作、手操器以及使用prolinkⅡ软件。

　　a、零点校准有误。

　　b、参数设置有误。

　　c、电源的脉冲波动。

　　d、i/o组态有误(一定要注意量程)。

　　e、操作有误

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    1、丈量信号数值没有准、没有稳、乱跳成绩的处理计划

    由下文能够看出，形成电磁流量表丈量信号数值没有准、没有稳、乱跳成绩的次要来源为工频搅扰，经过论据采纳同步采样技能能够无效抑止丈量信号中的工频搅扰信号。同步采样也称为追踪采样，即为了使采样频次fs一直与零碎实践运转的频次f1维持流动的对比联系N=fs/f1，其采样脉宽为工频周期的成数倍，使流量信号电势中工频搅扰均匀值等于零，以消弭工频搅扰的反应；关于随机搅扰信号能够采纳数目字滤波顺序停止解决，对准于没有同的搅扰信号能够采纳顺序判别滤波、中值滤波、算术均匀值滤波、滑行均匀值滤波、加权滑行均匀值滤波等滤波形式可收到很好的成效。

    2、两点漂移成绩的处理计划

    共模搅扰是指信号输出通道上共部分搅扰电压。一般输出通道设想中采纳的是单端对于地输出形式，因而形成共模信号啮合到有用信号当中，形成两点的漂移。经过改观输出通道输出形式，把单端对于地输出形式改为双端没有对于地输出形式即一般所说的差动输出形式，经过差动输出形式使共模搅扰正在输出通道上的搅扰电压得以对于消，使得共模搅扰发生两点漂移成绩得以处理。

    关于条件量度变迁形成的两点漂移成绩，采纳量度弥补技能使这一成绩失去了很好的处理。即正在通路中增多了条件量度检测全体，并把检测到的量度值实时传给单片机，单片机依据采到的量度变迁，对于通路中的一些参数停止补偏救弊偏，大大减小了条件量度变迁对于对于通路发生的两点漂移。

    3、当场显现死机、乱码成绩的处理计划

    关于顺序失控形成的死机、乱码成绩，通路中增多了顺序运转监控通路即看门狗，性能是当单片机顺序失控时能及时发觉并是整个零碎复位，使顺序的运转从新回到准确的轨迹当中，防止了死机、乱码成绩的发作。








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