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超声(shēng)波流量计和污水处理电磁流量计在不(bú)同的环境(jìng)下各有优势

点击次数:1925 发布时间:2020-12-24 08:54:24
摘要:通过对超声波流量计和污水处理电(diàn)磁流量计概论、工作原理、分类和工作性能区别的比(bǐ)较,揭示(shì)了(le)中国现(xiàn)阶段两种*常用流量计(jì)的特征和不同优势(shì)。
1、超声波流(liú)量计和(hé)污水处理电磁流量计的概念
超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(shù)(或超(chāo)声脉冲)的作用以测量流量的仪表。超声流量计和污水处理电磁流量计一样,因仪表流通通道(dào)未(wèi)设置任何阻碍件,均属无阻碍流量(liàng)计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流(liú)量(liàng)测量方面有较突出的优点,近(jìn)年来它是发展迅速的一(yī)类流量计之一。
污水(shuǐ)流量(liàng)计是(shì)一种根据法(fǎ)拉*电磁感(gǎn)应定律来测量管内导(dǎo)电介质体积流量的(de)感应式仪表,采用单片机嵌入式技术,实现数字励磁,同时在污水处理(lǐ)电磁流量计上采用CAN现场总线。
2、超声波流(liú)量(liàng)计和污水处理电磁流量计的工作原理
超声波流量计(jì)由超声波换(huàn)能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能(néng)器将电能转换为超声波能量,并将其发射到被测流体中,接收器接收到的超声波信(xìn)号,经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示(shì)和积(jī)算。这样就实现了流量的(de)检(jiǎn)测(cè)和显示。超声波流量计(jì)常用压(yā)电换能器。它利用压电材料的压电效(xiào)应,采用(yòng)适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上,使其产生(shēng)超声波振动。超声波以某一角度射入流(liú)体(tǐ)中传播,然后由接收换能器接收,并经压(yā)电元件变为电能,以便检测。发射换能器利用压(yā)电元件的(de)逆压电效应,而接收换能器则是利用压电效应。污水处理电磁(cí)流量计的工作原理是基于法拉(lā)*电磁(cí)感应定律。在污水处理电(diàn)磁流量计中,测量管内的导电介质相当于法拉*试验中的导电金属杆,上下两端的两个电磁线圈(quān)产生恒(héng)定磁场。当有导电(diàn)介质流过时,则会产生感应电压。管道内部的两个电*测量产生的感应电压(yā)。测量管道通(tōng)过不(bú)导电的内衬(橡胶(jiāo),特氟隆等)实现与流(liú)体和测量电(diàn)*的电(diàn)磁隔离。导(dǎo)电性液体在垂直于磁场的非磁性测量(liàng)管内流动,与(yǔ)流动方向垂直的方(fāng)向上产生与流量成比例的感应电势,电动势的方向按“弗来明右手规则”。
3、超声波(bō)流量计和污水处(chù)理(lǐ)电磁流量计的分(fèn)类
根据检测的方式,可(kě)分为传(chuán)播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量(liàng)计。根据对信号检测的原理,目前超声(shēng)波流(liú)量计大致可分传播速度差法(包括:直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法(fǎ)、多普勒法、相(xiàng)关法、空间滤波(bō)法及噪声法等类(lèi)型。其中以噪(zào)声法原理及结构*简单,便于测量和携带,价格便宜但准确度较低,适于在流(liú)量测(cè)量准确(què)度要求不高的场合使用。
由于直接(jiē)时差(chà)法、时差法、频差法和相位(wèi)差法的基本原理都是(shì)通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时(shí)速度之差来(lái)反映流体的流速的,故(gù)又统称为(wéi)传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差,准确度较高,所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同,传播速度(dù)差拨(bō)又分为:Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。
污水处理电磁流量计按激磁电流方式划分,有直流激磁、交流(工频或其他(tā)频率)激磁、低频(pín)矩形波激磁和双频矩形波(bō)激(jī)磁;按输出信号连接(jiē)和(hé)激(jī)磁(或电源)连线的制式分类,有四线制(zhì)和二线(xiàn)制;按转(zhuǎn)换器与传感器组装方式分类,有(yǒu)分体型和(hé)一体型;按流量传感器与管道连接方式分类,有(yǒu)法兰型、夹持型、卫生型、插入型、螺纹连接;按流量传感器电*是否与被测液(yè)体接触分类,有接触型和非接触(chù)型;按流量传感器结构分类,有(yǒu)短管型和插入型(插(chā)入式污水处理电磁流量(liàng)计);按用途分类,有通用型、防爆型、卫生型、防侵水型和用于明渠流量测量的潜水型(明渠流量计)。
4、超声波流量计和污水处理电磁流量计的主要区别
4.1介质不同
超声波流量计的流量测量准确度(dù)几乎不(bú)受被测流体温度(dù)、压(yā)力、粘度、密度等参数的影响,又可制成非接触及便(biàn)携式(shì)测量仪表,故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐(fǔ)蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问(wèn)题。
污水处理(lǐ)电磁流量计不能测量导电率(lǜ)很低的液体,如石石油制品和有机溶剂等(děng)。通用型污水处理电磁流量计由于里衬材料限制,不能测量温度较高液体。污水处理电磁流量计是通过测量导电液体的(de)速度确定(dìng)工作(zuò)状态下的体积流量。按(àn)照计量要求,对(duì)于液态介(jiè)质,应测量质量流量,测量介质流量应涉及到流体的(de)密度,不同流体介质具有不(bú)同的密度,而且随温度变化。如果污(wū)水处理电(diàn)磁流量(liàng)计转换器不考(kǎo)虑(lǜ)流体密度,仅给出常(cháng)温状态下的体积流量(liàng)是不(bú)合适的。
4.2准确度不(bú)同
超声波流量计是通过测量流体速度来确定体积(jī)流(liú)量,对液体应该测量它的质量流量,仪表(biǎo)测量质(zhì)量流量是通过体(tǐ)积流量乘以人为设定的密度后得到的,当(dāng)流体温(wēn)度变化(huà)时,流(liú)体密度是变化的,人为设定密度(dù)值,不能保证质(zhì)量流量的准确度。只能(néng)在测量流体速度的同时,又(yòu)测量了流体密度,才(cái)能通过运算,得(dé)到真(zhēn)实质量流量值。
从超声波流量计在(zài)国内(nèi)市场使用的经验来看(kàn),目前所存在的缺(quē)点主(zhǔ)要是可测流体的温度范围受超声波换能铝和换能器与管道之(zhī)间的耦合材料(liào)耐温程度的限制,另外不足的是高温(wēn)下被测流(liú)体传(chuán)声速度的原始数据(jù)不全。目前中国的(de)超声波流量计只能用于测量200℃以下的流体。
超声波流量计和污水处理电磁流量计的测量(liàng)媒(méi)介不同,超声波是(shì)采用声波,频率很低,超声波频率(lǜ)20KHz~100KHz,雷达是采用2.4GHz级别的电磁波,超声波的限制性比较大,很容易受到其它铁制物体的干扰,另外频(pín)率低,衰减大,测量(liàng)范围小,应用(yòng)的面(miàn)比较窄,常用在大口径的水管(guǎn)线的(de)流量测量和明渠类流量计测液位来换算成流(liú)量。也有用在固体料仓上的。电磁的频(pín)率高,衰减小,如果加上导波管测量范围可以很大,用在储罐(guàn)上比较多。但是需要注(zhù)意介(jiè)电常数,介(jiè)电常数太小的介质没法测或(huò)测量范围很小。由于这种传感器必须(xū)保持管道内电阻和测量电路阻抗(kàng)之间(jiān)有一定比例关(guān)系,因此在制造上有一定困(kùn)难。当被测介质的电导(dǎo)率约为10Ω/cm时就(jiù)开始产生(shēng)困难,电导(dǎo)率更低时就产生原理性(xìng)困难。 当(dāng)电导率为10Ω/cm时,就达到导电介质和电介质之间(jiān)的“分(fèn)界线”,热噪(zào)声电平随内阻的增大而显著增加。
高(gāo)精(jīng)度超声流(liú)量计均为多声道或(huò)管段式,中(zhōng)、小口径管段式超声流(liú)量计通常都做实流标定,具有0.5%准确度(dù)。目前广泛使用的国产单声(shēng)道超声流量标称精(jīng)度为1%,但在实际应用中,由于(yú)现场管道的内径、壁厚、 圆度都无(wú)法精确(què)测量等诸多因素会使测量准确度超出标称准确度许多,对供水(shuǐ)行业的计(jì)量来说,超声波流量计的实际测量误差能控制在3%以内就算高准确度了。
4.3安(ān)装、维护、检定成本不同
超声波流量计(jì)适用于大型圆形管道和矩形管道,且原(yuán)理上不受管径限制(zhì),其造价基本(běn)上与管径无关。对于大型管道不仅带来方便,可认(rèn)为在无法实现实流(liú)校验的情况下(xià)是优先考(kǎo)虑的选择方(fāng)案。超声流量计可作非接触测量。夹装式换能器超声流量计可无需停流截管安装,只要在(zài)既设管道外部安装换能器即可。这是超声流量计(jì)在工业用流量(liàng)仪表中具有(yǒu)的独特优点,因此可作移动性(即非定点固定安装)测量,适用于管网流动状况评估测定超声流量计为无流动阻挠测量,无额外压力损失。流量计的仪表系数(shù)是可从实(shí)际测量管(guǎn)道及声(shēng)道等几何尺寸计算求得的,既可采用干(gàn)法标定(dìng),除带测量管段式(shì)外一般不需作实流校验。超声波流量计主要是(shì)管外(wài)安装和插入式安(ān)装,简单方便,可在(zài)线拆卸,维护时不需(xū)要工艺停车,不影响生产,检定费用低,按**计量检定规(guī)程每3年检定一(yī)次。
污水处理电磁流量计的安装与调试比(bǐ)其它流量计复杂,且要求更严格。变送器和转(zhuǎn)换器必须配套使用,两(liǎng)者之间不能用两种不同型号的仪(yí)表配用。在安装变送器时,从安装地点的选择到具体的安装(zhuāng)调试(shì),必须严格(gé)按照产品说(shuō)明(míng)书要(yào)求进行。安装地点不能有振动,不能(néng)有强磁场。在安(ān)装时必须使变送器和管道有良好的接(jiē)触及良好的(de)接地。变送器的电(diàn)位与被测流体等电位(wèi)。在使用时,必须排尽测量管中存(cún)留的气体,否则(zé)会造成较大(dà)的测量(liàng)误差。污水处理(lǐ)电磁流量计需要在有电(diàn)导率的液体条件下安装,而且一般污水处理电磁(cí)流(liú)量计的安装必须截管安装,但是污水处理电磁流量计的(de)特点是(shì)在符合条件(jiàn)的现场条件(jiàn)下(xià)准确度高。污水处理电磁流量计拆卸麻烦,必须要求工艺停车,拆卸送检麻烦,如果是0.5%准确度按**计量检定规程(chéng)每半年需检定一次。
4.4干扰来源不同
干扰了超(chāo)声波工作,就是干扰了超声波流量(liàng)计工作。干扰超(chāo)声波工作的主要因素有温度的剧烈变化和杂波的干扰,或(huò)管道内有特定角度的旋流或者结(jié)构使得流量计发射出的(de)超声(shēng)波不能(néng)有效(xiào)的回收。
电化学*化电势干扰是由于电*感生电动势在两(liǎng)**性不同而导致电解质在(zài)电*表面*化产生。虽(suī)然采用正负交变励磁磁场能显著减弱*化电势的数量级,但不能根本上(shàng)完全消除*化电势干扰。其特(tè)性于流体介质的性质、电*材料性质、电*的外形尺寸形状有关,具有变(biàn)化缓慢,数量级不大等特点。因此选择合适的电*材料,设(shè)计*佳的电*形状的尺寸是减小*化电势的有效方法之一。另外采用正负两*性交变(biàn)的矩形波励(lì)磁技术配合微(wēi)处理器同步宽脉冲采样技术,到用微处理器(qì)运算功能前后两(liǎng)次采样(yàng)值(zhí)相减消除流(liú)量信(xìn)号电势中的*化电势干扰。
工频干扰噪声是由电(diàn)磁流量传(chuán)感器励磁绕组和流体(tǐ)、电*、放(fàng)大器输入回路的电磁耦合,另(lìng)外污水处(chù)理电磁流量计工作现场的(de)工频共模干扰,其三供电电源引入的工频串模干扰等,其产生的物理机理均是电磁感应(yīng)原理。*先就电磁流(liú)量传感器励(lì)磁绕组和流体、电(diàn)*、放大器输入回路的电磁耦合(hé)产生的工频干扰(rǎo)对污水处(chù)理电磁流量计工作影响*大,而且(qiě)在不同的励磁技术下其表现的形态、特性不同,因而采取抗干扰(rǎo)措施也不同。解决污水处理电磁流量计(jì)运行中出现的问题,可采用新型(xíng)HCMOS系列芯片(piàn)技术和微处理(lǐ)器系统电源电压监视技术。
5、结语
综合以上论述,超(chāo)声波流量计和污水(shuǐ)处理电磁流量计在不同的环境(jìng)下各有优势。在小成本作业,对测量(liàng)准确(què)度要求不高的情况下,宜多使用超声波流量计;在安装(zhuāng)、维护资金充足,对测量准确度(dù)要求高的(de)情况下,应(yīng)多采用(yòng)污水处理电磁流量计。当然(rán),计量检测人员要认真考察工作环(huán)境中(zhōng)对流量计的干扰来源,并采取(qǔ)有效(xiào)的抗干扰措施。

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