淺談電磁流量計與電磁水表(biǎo)的區别

電磁流量(liàng)計 是一種基于(yú)法拉第電磁感應(yīng)原理設計制造的計量導電介質體積流量的速度式儀表。通常電磁流(liú)量計與介質接觸的内(nèi)腔部位爲一個圓筒形直管(guǎn) , 一對測量電極(jí)鑲嵌在(zài)中部 , 呈對稱分布 , 電(diàn)極與介質間的部位爲(wèi)一對直徑爲 6~10 mm的圓餅狀薄金屬(shǔ) , 其伸出部分厚度(dù)僅 2~4 mm, 幾乎不影(yǐng)響流态的變化。這種簡單的無可動部件的内腔結(jié)構(gòu) , 猶(yóu)如一根普通的(de)圓筒形流體管道 , 因而不産生任何壓損 , 也(yě)不會被某些介(jiè)質中的懸浮物及固态雜質所阻塞。電(diàn)磁流量計産生的電極信号幅度與流體的流速成正比 , 因而電信(xìn)号經(jīng)放大處理後得到的流量數據 , 線性度非常理想。

電磁流量計測量精度高、量(liàng)程比寬、重複性和(hé)線性均十分優(yōu)良 ;通常可測(cè)量流速在 0.4~12 m/s範圍的各種導電(diàn)介質 ;可以雙向計量 ;測量介質可以是單一溶(róng)液 , 也可以是固、液混合物 , 也允許有氣泡 (氣泡和(hé)固态物質将增加計量介(jiè)質體(tǐ)積流(liú)量的誤差 ) 。

電磁(cí)流量計廣泛應(yīng)用于各類導電介質的計量(liàng) , 如清水、污水(shuǐ)、液态酸、堿、鹽、液态有機化工(gōng)産品、食品(pǐn)工(gōng)業中的醬油、醋及酒(jiǔ)類等。混有塊狀果肉的蘋果醬、混有沙石的混凝土 , 這些漿狀混合物也可以計量 , 隻(zhī)是各種腐蝕性強的介質需配置(zhì)耐腐蝕的工程材(cái)料 , 如橡膠、聚四氟乙烯、尼龍等做流量計的内襯。混有氣泡和固态物質的醬料需采用特殊的計算方法來減少計量的誤差。

一般的電磁流量計由于電路複雜、勵磁功率較大 , 整機功耗需 15~25 V· A, 因而需市電 (AC220 V) 或的安全電源 (DC24 V) 供電。随着(zhe)電子技術突飛猛(měng)進(jìn)的發展 , 電磁流(liú)量電(diàn)信号(hào)的處理已由 2~3 m V精密到(dào) 0.1 m V, 動态分辨率可以低至± 0.000 03 m V, 這(zhè)種新技術功耗極低 , *可以電池供電。由此産生了(le)電磁水表的概念(niàn)———一種僅計量清水、内(nèi)部采用锂電池(chí)供電的長壽命(mìng)智能型(xíng)電磁流量計 , 由于市場定位和使用要(yào)求不同 , 兩者存在較(jiào)大的區别 , 本文做以下評述。

1 應用領域

(1) 電磁流量計使用廣泛 , 适用于工業生産中各種導電介質的流量連續計量和生産工藝控制領域(yù)、科(kē)學研究的計量測(cè)控領域。

(2) 電磁水(shuǐ)表以(yǐ)計量清(qīng)水、原水爲主。在市(shì)政領域得到廣泛使用 , 主(zhǔ)要解決水源和城鄉(xiāng)供水的計量、統(tǒng)計(jì)、分析、結算功能。

2 精(jīng)度

(1) 電磁流(liú)量計的精度通常爲(wèi)± 0.5%, 高精度的可達到± 0.2%、± 0.3%。

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

3 口徑

(1) 電磁流量計生産廠(chǎng)商大都可以提供 DN20~DN500的産品 , 規模較大的專(zhuān)業(yè)廠商可以提供 DN10~DN3000的電磁流量計 , DN25~DN600規格的應用數量多。

(2) 市場(chǎng)應用多的電磁水表口徑在(zài) DN50~DN300, 少數先進的跨(kuà)國專(zhuān)業廠商能生産 DN25~DN800口徑的全系列電磁(cí)水表。

4 量程(chéng)範圍 (計量流速範圍 ) 及(jí)量程遷移

(1) 電(diàn)磁流量計的介質(zhì)流速測量範圍通常爲 0.4~12m/s, 通常用 Q_max 和 Q_min 來定(dìng)義計量範圍 , Q_max /Q_min  (量(liàng)程比 ) 一般在 20~25範(fàn)圍 , Q_min ~Q_max 應保證精度。如 DN100的 0.5級表 , 在量程比 20的情況下 , 在(zài) 10 m³ /h (Q_min ) 至 200 m³ /h (Q_max ) 流量範圍(wéi)内 , 均應保證± 0.5%的精度(dù)。作爲電磁流量計 , 考慮使用的經濟性 , 常将 Q_max 選在 6.5~8.5 m/s流(liú)速範圍内 , 如上述 Q_max 爲 200 m³ /h的 DN100電磁流量計 , 其 Q_max 流速爲 7.07 m/s。廠商可以自行規定各種口(kǒu)徑的 Q_max 流速(sù) , 例如某型 DN100電磁流(liú)量計 , 其 0.5級産(chǎn)品的 Q_max 爲 200 m³ /h, Q_max /Q_min ≥ 25;Q_max 的流速爲 7.07 m/s, 在 8~200 m³ /h量程範圍内的誤(wù)差小于± 0.3%。

所謂“量程遷(qiān)移” , 是指該台電磁流量計在某(mǒu)種工藝現場 , 其流量(liàng)計量範圍要調整到 4~80 m³ /h, 且其電流輸(shū)出的 4 m A對應流量是 4 m³ /h, 20 m A輸出(chū)時對(duì)應的測量值爲 80 m³ /h。即将這台電磁(cí)流量計的計量範圍(wéi)由标稱的 10~200 m³ /h, 通過(guò)菜單改變參數 , “遷移(yí)”至 4~80 m³ /h。當然 , 經過這(zhè)樣的量程遷移 4~10 m³ /h流量段的測量精(jīng)度将超出± 0.5%的精度要求。通常 , 電磁流量計的計量上限流量點 , 可“遷移”的流速範圍爲 1~10 m/s。選用電磁(cí)流(liú)量計的口徑 , 要兼顧經濟流速 2.5~4.5 m³ /h和工藝要求。

(2) 電磁水表的高測量(liàng)流速可達 15 m/s, 通常電磁水表的流量點 Q₃ 選在(zài) 12.5~13.5 m/s流速上。電磁(cí)水表的量程範圍(wéi)參照冷水水表标準 , 是一種強制執行的标準。* , 冷水水表的流量範圍可由 Q₁  (小流量 ) 、 Q₂  (分(fèn)界流量 ) 、 Q₃  (常用流量 ) 、 Q₄  (大流量 ) 來表述 , 一般情況下 , 其流量計量特性(xìng)可由(yóu)量程比 Q₃ /Q₁  (R值 ) , Q₄ /Q₃ =1.25, Q₂ /Q₁ =1.6來反映。目前(qián)跨國先進專業廠商的(de)電磁水表 , 其 Q₃ /Q₁ 可達 400。如西門子Ⅱ級(jí) DN100電磁水表 , Q₃ =250 m³ /h (流速(sù)爲 13.48 m/s) , Q₄ =312.5 m³ /h (流速爲(wèi) 16.85 m/s) , Q₃ /Q₁ =400, R₂ /Q₁ =1.6, Q₂ =1.0 m³ /h, Q₁ =0.63 m³ /h。

電磁水表沒有“量程遷移(yí)”的概念 , 它的(de)計量範圍(wéi)在(zài)始動流量 Q_S 至大流(liú)量 Q₄ 之間 , 選用電磁水表的口徑 , 主要應考慮滿足經濟流速。

5 重複性

(1) 對于電(diàn)磁流量計 , 重複性是(shì)重要的技術指标之一 , 其重複性指标通常爲精度的 1/3, 例如 0.5級(jí)精度的電磁流量計(jì) , 其重(zhòng)複性應優于± 0.16%;0.2級表的重複性應優于± 0.06%。

(2) 電磁水表并不把重複性作爲(wèi)一項考核的質量指标 , 它(tā)僅是一項設計和實驗指标。電磁水(shuǐ)表重(zhòng)要的技術指标爲精度 , 低的始動流量 , Q₁ 流量點和量程比 (Q₃ /Q₁ ) 。當然 , 對于流量計來講 , 兩者均(jun1)能保證長(zhǎng)期連續的穩定運行是十(shí)分重要的。

6 供電(diàn)方式(shì) (功耗(hào) )

(1) 通常電磁(cí)流量計的處理速率快、處(chù)理精度高 , 控制要求快速、穩定、準确(què)。因電磁流量計和外界信息交流方式複雜 (輸出 4~20 m A電流信号、 0~10KC頻率信(xìn)号、 RS-485通信、開關(guān)量控制等 ) , 隔(gé)離程度高 , 因而電子線(xiàn)路多用(yòng)大量的高(gāo)速電子(zǐ)元件 , 功(gōng)耗可(kě)達 15~25 V· A, 這必須由市(shì)電 (AC220 V) 和(hé)外電源 (DC24 V) 供電(diàn)。因而抗幹擾、光電隔離、電磁隔離等防止電源的強電磁沖擊等(děng)技術措(cuò)施十分必要。

(2) 電磁水表的(de)采樣(yàng)速率比較慢 , 電子線路(lù)由先進的低(dī)功耗、超低功耗的集成電路爲主 , 計算方法(fǎ)爲特殊的省電方式(shì) , 因而功耗極(jí)低 , 可以由内部電池來連續(xù)長期供電。這要求(qiú)電(diàn)磁水表的電池工作壽命至少爲 5~6年 , 現在也有 8~10年的産品。對于電磁水表而言 , 降低功耗、提高(gāo)電池工作(zuò)壽命是一項難度很大的挑戰。

7 采樣速率

(1) 電磁流量計的計量實時性要滿足工(gōng)業控制(zhì)的工(gōng)藝要(yào)求 , 其特點(diǎn)爲及高速 , 因而(ér)采樣處理速率普遍要求高于 100 ms/次。

(2) 電磁水表的采樣速率在 1~30 s/次範圍 , 就可以得到計量的流量數據 , 況且采樣(yàng)速率低 , 功耗也(yě)越低(dī) ;通常(cháng)采樣速率在 15 s/次時 , 内部配備的(de)電(diàn)池(chí)可保證連續計量 6年(nián)。

8 管道結構與測量直管段

(1) 電磁流量計可以由市電供電 , 因而電子元器件和電子線路的選擇受功耗(hào)的影響小 , 選擇(zé)範(fàn)圍廣 ;數(shù)百毫安的勵磁電流使傳感器的信(xìn)号輸出幅度也較大 , 因而不必(bì)對流體額外加速以增強信号幅值。

電磁流量計的測量腔爲直管 , 工藝簡單 , 加工成本低 , 是(shì)電磁(cí)流量計測量腔體的普遍(biàn)設計方式。直管結構幾乎不會引起被測流場的紊亂(luàn) , 測量的流速基本爲經(jīng)濟流速 (高流速低于 8 m/s左右 ) , 高速采樣率又可及時修正各種流場變化(huà)帶(dài)來的誤差 , 所以(yǐ)電磁流量計的直管段爲前 5D和後(hòu) 3D就可以滿足計量(liàng)的精度要求。

(2) 電磁水表使用内(nèi)裝的锂電池供(gòng)電 , 降低功耗、延長工作壽命是其設計任務的關鍵 , 因而(ér)隻能采用較低的勵磁電(diàn)流 (通常它的(de)勵磁電流僅爲電磁流量計的 1/10, 甚至更低 ) , 這樣傳感器的有效輸出信号幅值就很微弱。電磁水表研發人員通常用(yòng)兩種方法來增強信号(hào) :一(yī)是提(tí)高信号的放大倍數 ;二是将測量段縮徑(jìng) , 人爲提高介質(zhì)流(liú)速 , 這将大幅提(tí)升流量信号。因此 , 電磁水表的(de)測(cè)量腔體幾乎都采用(yòng)縮徑工藝 , 一般縮徑爲原标稱(chēng)口徑的 70%~80%, 縮徑率以不顯著影響儀表的壓(yā)損并且不顯著改變流場的穩定爲原則。

電磁水表的縮徑(jìng)工藝加大了制造難度 , 增大(dà)了壓力損失 , 太大的縮徑也會擾亂流場(chǎng)的穩定 , 因此制造商要綜合考慮縮徑和流場穩定對計(jì)量的影響。

電磁水表的采樣速率比(bǐ)較慢 , 信号又很微弱 , 這樣計算(suàn)處理需要的穩定時(shí)間比較長 , 這也需要(yào)遠比電磁流量(liàng)計更穩定的流(liú)速 , 考慮到縮徑的因(yīn)素 , 一般電磁水表的前後直管段選擇要比電磁流量計嚴格。爲保證計量精(jīng)度 , 電磁水(shuǐ)表通(tōng)常需要前 10D和後 5D的直管段。

9 儀表通信

(1) 電磁(cí)流量計使用廣泛 , 計量方(fāng)式和流量控制方式種類繁雜 , 因而通信(xìn)方式比較豐富 , 一般生産廠商(shāng)都有下述配置 : (1) 定量(liàng)脈沖輸出(chū) , 如輸出一個脈沖代表 1 m³ /h流量 (可選 0.1 m³ /h, 甚至 0.01 m³ /h) 。 (2) 頻率輸出 , 表示輸出 0~10 k Hz頻率範圍代表 0~Q_max 流量。 (3) 輸出 4~20 m A電流 , 通常表示瞬時量爲 Q_min ~Q_max 。近(jìn)幾年設計的 4~20 m A電流模拟信号 , 可以同時進行數字通信(xìn) , 即可以進行 HART (協議 ) 通信。 (4) RS-485通信 , 通常執行 Modbus RTU通信标準(zhǔn)。 (5) 開關量輸出 , 一般有 1~2路輸(shū)出控制 , 以執行超流量上限關閘 , 超流量下限開閘等(děng)工藝控制。

這些通信幾乎都通過(guò)電纜連接儀表和計算機及控制設備 , 以保證計量和工藝控制的(de)、實時、可靠。

(2) 電磁水表主要使用在原水和居民(mín)自來水的計量、統計、分析和結算上 , 幾乎沒有工藝控制(zhì)要求(qiú) , 内部電池(chí)供應又限(xiàn)制它不能過多的耗電 , 因此通信方式比較簡(jiǎn)潔 , 一般生産廠商都選(xuǎn)下述配置中的若幹方式進行通信 : (1) 和傳統冷水水表一樣 , 可以人工抄表 , 因而都有(yǒu)液晶(jīng)屏進行流量數據顯示(shì)。 (2) 開關量輸出。 (3) 與(yǔ)無線通信裝(zhuāng)置的(de)接(jiē)口 , 可通過無線通信設備進(jìn)行聯網通(tōng)信。 (4) RS-485通信和電磁流量(liàng)計一樣 , 通常執行(háng) Modbus RTU通信協(xié)議 , 并且需要外部供電 (DC24 V) , 這往往需要 4根電纜。東海集團生産的電磁(cí)水表可以采用微功(gōng)耗技術來進行 RS-485通信 , 這種方式(shì)可以使用内部锂電池進行供電 , 省掉外供電(diàn)的 2根(gēn)電纜 , 通信隻需 2根電纜連(lián)接。 (5) 紅外通信 , 這是一種功耗較低的(de)無線雙向通信方式 , 容易滿足(zú)安裝在井下和水(shuǐ)中的電(diàn)磁水表的苛刻的防護要求。

1 0 使用環境

1 0.1 溫度要求

(1) 電磁流量計使用場合廣泛(fàn) , 通(tōng)常在 -20~55℃的溫度環境中可連續、穩定、可靠地(dì)工作。某些特定領域 , 甚至能在 70℃高溫條件下正常運行。

(2) 電磁水表一般隻能在 0.1~55℃的溫度環境中連(lián)續工作 , 設計和性能試驗時 , 需考慮夏日高溫直射的炙(zhì)烤影(yǐng)響。

1 0.2 維護要求

(1) 電磁流量計(jì)通常由專業人員維護和保養 , 且往(wǎng)往有周期性 (1年左右 ) 的測(cè)試和維護。

(2) 電磁水表檢測周期較長 (2年左右 ) , 平時幾(jǐ)乎處于無(wú)監管狀态 , 大口徑表(biǎo)數據值對計量結算影響巨大 , 因而對其(qí)設計、測試和生産制造的(de)質量(liàng)要求更高。

1 0.3 防護要求

(1) 電磁流量計使用廣泛 , 運行環(huán)境複雜 , 因而(ér)生産廠商針對不同的使用環境設(shè)計了不同的(de)保護方法供用戶選(xuǎn)擇 , 如采用(yòng) IP66标準的通用型電磁(cí)流量計 , 僅能防護雨水的淋落 ;高溫高濕環境使用(yòng)要(yào)采用特(tè)殊的密封耐高(gāo)溫設計 ;潛水型電磁流量計要(yào)按 IP68标準設計防護外殼 , 某些危(wēi)險場合 (如紡織廠、面粉加工廠、化工廠、煤礦、易(yì)燃易爆場所(suǒ) ) 使用的電磁流(liú)量(liàng)計 , 必須按照隔爆标準來設計外殼防護。所以(yǐ)電磁流量計生(shēng)産廠商通常會按照用戶的使用環境條件 , 提供相适應的防護方式産品。

(2) 電磁水(shuǐ)表測量介質比(bǐ)較單一 , 主要是(shì)潔淨的(de)原水 (如輸送的江、河、湖泊之水 , 井水及地下水 ) 和市政供(gòng)應的清潔自來水 , 所用場合幾乎無危險(xiǎn)性或爆炸性粉塵 , 使用環境溫(wēn)度差不是太大 , 看似其防護要求比較容易解決 , 而實際上電磁水表(biǎo)往往安裝在井(jǐng)下潮濕場所(suǒ) , 管道滲漏及雨雪天氣又可将電磁水表泡在水中 , 要(yào)防止電磁水表機殼密(mì)封處和通信電纜(lǎn)進線(xiàn)處的水滲漏十分重要 , 所以電磁水表均按潛水型(xíng)設計外殼保護 , 爲提高防護質(zhì)量 , 至少需(xū)要達到 1 m水深 7天的試驗要求 , 其防護(hù)應執行 IP68标準 2 m水深 10天以上(shàng)的要求。東海(hǎi)集團的電磁水表(biǎo)外殼防護目前按 2 m水深 30天(tiān)的 IP68标準制(zhì)造 , 并且正在考慮将防護試驗要求提高到 10 m水(shuǐ)深 30天 , 以達到 6年以上防護壽命(mìng)。