淺談電磁流(liu)量計與電磁水表(biǎo)的區别

電磁(cí)流量計 是一種基(ji)于法拉第電磁感(gǎn)應原理設計制造(zao)的計量導電介質(zhi)👄體積流量的速度(dù)式儀表。通常電磁(ci)流量計與介質接(jie)觸的内腔🌐部位爲(wèi)一個圓筒形直管(guǎn)🧡 , 一對測量電(diàn)極鑲嵌在中部 , 呈對稱分布 , 電極與介質間(jian)的部位爲一對直(zhi)徑爲 6~10 mm的圓餅(bing)狀薄金屬 , 其(qi)伸出部分厚度僅(jin) 2~4 mm, 幾乎不影響(xiǎng)流态的變化。這種(zhong)簡單的無可動部(bù)件的内腔結🈚構 , 猶如一根普通(tōng)的圓筒形流體管(guan)道 , 因而不産(chan)生任何壓損 , 也不會被某些介(jie)質中的懸浮物及(jí)固态雜質所阻💰塞(sai)。電✊磁流🔞量計産生(shēng)的電極信号幅度(dù)與流體的流速成(chéng)正比 , 因而電(dian)信号經放大處理(lǐ)後得到的流量數(shù)據 , 線性度非(fēi)常理想。

電磁(cí)流量計測量精度(dù)高、量程比寬、重複(fu)性和線性均十🧡分(fèn)優良 ;通常可(kě)測量流速在 0.4~12 m/s範圍的各種導電(diàn)介質 ;可以雙(shuang)向計量 ;測量(liang)介質可以是單一(yī)溶液 , 也可以(yi)是固、液混合物 , 也允許有氣泡(pào) (氣泡和固态(tài)物質将增加計量(liàng)介質體積流量的(de)誤差 ) 。

電(dian)磁流量計廣泛應(ying)用于各類導電介(jiè)質的計量 , 如(rú)清水、污水、液态酸(suān)、堿、鹽、液态有機化(huà)工産品、食品工業(yè)中的醬油、醋及酒(jiǔ)類等。混有塊狀果(guo)肉的蘋果醬、混有(yǒu)沙石的混凝土 , 這些漿狀混合(hé)物也可以計量 , 隻是各種腐蝕(shí)性強的介質需配(pei)置耐腐蝕的工程(cheng)材👨‍❤️‍👨料 , 如橡膠(jiāo)、聚四氟乙烯、尼龍(lóng)等做流量計的内(nèi)襯。混有氣泡和固(gu)态物質的醬料需(xu)采用特殊的計算(suan)方法來減👄少計量(liàng)的誤差💋。

一般(ban)的電磁流量計由(yóu)于電路複雜、勵磁(cí)功率較大 , 整(zheng)機功耗需 15~25 V· A, 因而需市電 (AC220 V) 或的安全電源(yuán) (DC24 V) 供電。随着電(diàn)子技術突飛猛進(jin)的發展 , 電磁(cí)流量電信号的處(chù)理已由 2~3 m V精密(mì)到 0.1 m V, 動态分辨(biàn)率可以低至± 0.000 03 m V, 這種新技術功耗(hào)極低 , *可以電(dian)池供電。由此産生(sheng)了電磁水表的概(gài)念———一種僅計量清(qīng)水、内部采用锂電(dian)池供電的長壽命(ming)智能型電磁流♊量(liàng)計 , 由于市場(chang)定位和使用要求(qiu)不同 , 兩者存(cun)在較大的區别 , 本文做以下評(ping)述。

1 應用領域(yu)

(1) 電磁流量計(ji)使用廣泛 , 适(shi)用于工業生産中(zhōng)各種導電介質的(de)流量連續計量和(hé)生産工藝控制領(ling)域、科學研究的計(ji)量測控領❗域。

(2) 電磁水表以計量(liang)清水、原水爲主。在(zài)市政領域得到廣(guang)泛使用 , 主要(yao)解決水源和城鄉(xiāng)供水的計量、統計(jì)、分析、結算功能。

2 精度

(1) 電磁(ci)流量計的精度通(tong)常爲± 0.5%, 高精度(du)的可達到± 0.2%、± 0.3%。

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

3 口徑

(1) 電磁流量計生産(chan)廠商大都可以提(ti)供 DN20~DN500的産品 , 規模較大的專(zhuān)業廠商可以提供(gòng) DN10~DN3000的電磁流量(liàng)計 , DN25~DN600規格的應(ying)用數量多。

(2) 市(shì)場應用多的電磁(ci)水表口徑在 DN50~DN300, 少數先進的跨國(guo)專業廠商能生産(chǎn) DN25~DN800口徑的全系(xì)列電磁水表。

4 量程範圍 (計(jì)量流速範圍 ) 及量程遷移

(1) 電磁流量計的介(jie)質流速測量範圍(wéi)通常爲 0.4~12m/s, 通常(cháng)用 Q_max 和 Q_min 來(lai)定義計量範圍 , Q_max /Q_min  (量程比 ) 一(yī)般在 20~25範圍 , Q_min ~Q_max 應保證精度。如(rú) DN100的 0.5級表(biao) , 在量程比 20的情況下 , 在 10 m³ /h (Q_min ) 至 200 m³ /h (Q_max ) 流(liu)量範圍内 , 均(jun)應保證± 0.5%的精(jing)度。作爲電磁流量(liàng)計 , 考慮使用(yong)的經濟性 , 常(chang)将 Q_max 選在 6.5~8.5 m/s流速範圍内 , 如上述 Q_max 爲 200 m³ /h的 DN100電磁流(liu)量計 , 其 Q_max 流速爲 7.07 m/s。廠商(shāng)可以自行規定各(ge)種口徑的 Q_max 流(liú)速 , 例如某型(xíng) DN100電磁流量計(ji) , 其 0.5級産(chan)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(fàn)圍内的誤差小于(yu)± 0.3%。

所謂“量(liàng)程遷移” , 是指(zhi)該台電磁流量計(jì)在某種工藝現場(chang) , 其流量計量(liang)範圍要調整到 4~80 m³ /h, 且其電流輸出(chū)的 4 m A對應流量(liàng)是 4 m³ /h, 20 m A輸出時對(dui)應的測量值爲 80 m³ /h。即将這台電磁(cí)流量計的計量範(fan)圍由标稱的 10~200 m³ /h, 通過菜單改變參(cān)數 , “遷移”至 4~80 m³ /h。當然 , 經過(guo)這樣的量程遷移(yi) 4~10 m³ /h流量段的測(ce)量精度将超出± 0.5%的精度要求。通(tong)常 , 電磁流量(liàng)計的計量上限流(liu)量點 , 可“遷移(yí)”的流速範圍爲 1~10 m/s。選用電磁流量(liàng)計的口徑 , 要(yao)兼顧經濟流速 2.5~4.5 m³ /h和工藝要求。

(2) 電磁水表的高(gao)測量流速可達 15 m/s, 通常電磁水表(biao)的流量點 Q₃ 選(xuan)在 12.5~13.5 m/s流速上。電(diàn)磁水表的量程範(fàn)圍參照冷水水表(biǎo)标準 , 是一種(zhong)強制執行的标準(zhǔn)。* , 冷水水表的(de)流量範圍可由 Q₁  (小流量 ) 、 Q₂  (分界流量 ) 、 Q₃  (常用流量 ) 、 Q₄  (大流量 ) 來表述 , 一(yi)般情況下 , 其(qi)流量計量特性可(ke)由量程比 Q₃ /Q₁  (R值(zhí) ) , Q₄ /Q₃ =1.25, Q₂ /Q₁ =1.6來反映。目前(qian)跨國先進專業廠(chǎng)商的電磁水表 , 其 Q₃ /Q₁ 可達 400。如西門子Ⅱ級 DN100電磁水表 , Q₃ =250 m³ /h (流速爲 13.48 m/s) , Q₄ =312.5 m³ /h (流速(sù)爲 16.85 m/s) , Q₃ /Q₁ =400, R₂ /Q₁ =1.6, Q₂ =1.0 m³ /h, Q₁ =0.63 m³ /h。

電磁(cí)水表沒有“量程遷(qiān)移”的概念 , 它(tā)的計量範圍在始(shǐ)動流量 Q_S 至大(dà)流量 Q₄ 之間 , 選用電磁水表(biao)的口徑 , 主要(yào)應考慮滿足經濟(ji)流速。

5 重複性(xing)

(1) 對于電磁流(liu)量計 , 重複性(xìng)是重要的技術指(zhǐ)标之一 , 其重(zhòng)複性指标通常爲(wèi)精度的 1/3, 例如(ru) 0.5級精度的電(dian)磁流量計 , 其(qí)重複性應優于± 0.16%;0.2級表的重複性(xìng)應優于± 0.06%。

(2) 電磁水表并不把(bǎ)重複性作爲一項(xiàng)考核的質量指标(biāo)👉 , 它僅是一項(xiang)設計和實驗指标(biao)。電磁水表重要的(de)技術指☀️标👅爲精度(du) , 低的始動流(liú)量 , Q₁ 流量點和(he)量程比 (Q₃ /Q₁ ) 。當然(ran) , 對于流量計(jì)來講 , 兩者均(jun)能保證長期連續(xù)的穩定運行是十(shí)分重要的。

6 供(gòng)電方式 (功耗(hao) )

(1) 通常電磁流(liú)量計的處理速率(lǜ)快、處理精度高 , 控制要求快速(su)、穩定、準确。因電磁(ci)流量計和外界信(xìn)🔞息交流方🐪式⭐複雜(za) (輸出 4~20 m A電(dian)流信号、 0~10KC頻率(lǜ)信号、 RS-485通信、開(kai)關量控制等 ) , 隔離程度高 , 因而電子線路多(duo)用大量的高速電(dian)子元件 , 功耗(hào)可達 15~25 V· A, 這(zhe)必須由市電 (AC220 V) 和外電源 (DC24 V) 供(gòng)電。因而抗幹擾、光(guāng)電隔離、電磁隔離(li)等防止電源的強(qiang)電磁沖擊等技術(shù)措施十分必要。

(2) 電磁水表的采(cai)樣速率比較慢 , 電子線路由先(xiān)進的低功耗、超低(dī)功耗的集成電路(lu)爲主 , 計算方(fang)法爲特殊的省電(dian)方式 , 因而功(gōng)耗極低 , 可以(yi)由内部電池來連(lián)續長期供電。這要(yao)求電磁水🌈表的電(diàn)池工🚩作壽命至少(shǎo)爲 5~6年 , 現(xian)在也有 8~10年的(de)産品。對于電磁水(shui)表而言 , 降低(dī)功耗、提高電池工(gōng)作壽命是一項難(nan)度很大的挑戰。

7 采樣速率

(1) 電磁流量計的計(jì)量實時性要滿足(zú)工業控制的工藝(yì)要求 , 其特點(dian)爲及高速 , 因(yīn)而采樣處理速率(lǜ)普遍要求高于 100 ms/次。

(2) 電磁水(shui)表的采樣速率在(zai) 1~30 s/次範圍 , 就可以得到計量(liang)的流量數據 , 況且采樣速率低(di) , 功耗也越低(di) ;通常采樣速(sù)率在 15 s/次時 , 内部配備的電(dian)池可保證連續計(jì)量 6年。

8 管(guǎn)道結構與測量直(zhí)管段

(1) 電磁流(liú)量計可以由市電(diàn)供電 , 因而電(diàn)子元器件和電子(zi)線路的選擇受功(gōng)耗的影響小 , 選擇範圍廣 ;數百毫安的勵磁(ci)電流使傳感器的(de)信号輸出幅度🧑🏾‍🤝‍🧑🏼也(ye)較大 , 因而不(bú)必對流體額外加(jia)速以增強信号幅(fu)值。

電磁流量(liang)計的測量腔爲直(zhi)管 , 工藝簡單(dān) , 加工成本低(di) , 是電磁流量(liàng)計測量腔體的普(pu)遍設計方式。直管(guan)結構幾乎💋不⭕會引(yǐn)起被測流場的紊(wěn)亂 , 測量的流(liu)速基本爲經濟流(liu)速 (高流速低(dī)于 8 m/s左右 ) , 高速采樣率又可(ke)及時修正各種流(liu)場變化帶來的誤(wù)差 , 所以電磁(ci)流量計的直管段(duan)爲前 5D和後 3D就可以滿足計(ji)量的精度要求。

(2) 電磁水表使用(yong)内裝的锂電池供(gong)電 , 降低功耗(hào)、延長工作壽命是(shì)其設計任務的關(guan)鍵 , 因而隻能(néng)采用較低的勵磁(ci)電流 (通常它(tā)的勵磁電流僅爲(wei)電磁流量計的 1/10, 甚至更低 ) , 這樣傳感器的有(you)效輸出信号幅值(zhí)就很微弱。電磁水(shui)表研發💞人員通常(cháng)用兩種方法來增(zeng)強信号 :一是(shi)提高信号的放大(da)倍數 ;二是将(jiang)測量段縮徑 , 人爲提高介質流(liú)速 , 這将大幅(fú)提升流量信号。因(yīn)此 , 電磁水表(biao)的測量腔體幾乎(hū)都采用縮徑工藝(yi) , 一般縮徑爲(wei)原标稱口徑的 70%~80%, 縮徑率以不顯(xiǎn)著影響儀表的壓(yā)損并且不顯著改(gǎi)變⛱️流場的穩定爲(wèi)原則。

電磁水(shui)表的縮徑工藝加(jia)大了制造難度 , 增大了壓力損(sun)失 , 太大的縮(suō)徑也會擾亂流場(chǎng)的穩定 , 因此(cǐ)制造商要綜合考(kao)慮縮徑和流場穩(wen)定對計量的👄影💋響(xiang)。

電磁水表的(de)采樣速率比較慢(man) , 信号又很微(wei)弱 , 這樣計算(suan)處理需要的穩定(dìng)時間比較長 , 這也需要遠比電(diàn)磁流量計更穩定(dìng)的流速 , 考慮(lü)到縮徑的因素 , 一般電磁水表(biǎo)的前後直管段選(xuǎn)擇要比電磁流量(liàng)計嚴格。爲🍓保證計(ji)量精度 , 電磁(ci)水表通常需要前(qian) 10D和後 5D的(de)直管段。

9 儀表(biao)通信

(1) 電磁流(liu)量計使用廣泛 , 計量方式和流(liu)量控制方式種類(lei)繁雜 , 因而通(tōng)信方式比較豐富(fù) , 一般生産廠(chǎng)商都有下述配置(zhi) : (1) 定量脈沖輸(shū)出 , 如輸出一(yi)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(biǎo)示輸出 0~10 k Hz頻率(lǜ)範圍代表 0~Q_max 流(liú)量。 (3) 輸出 4~20 m A電流 , 通常表(biao)示瞬時量爲 Q_min ~Q_max 。近幾年設計的 4~20 m A電流模拟信号(hao) , 可以同時進(jin)行數字通信 , 即可以進行 HART (協議 ) 通信。 (4) RS-485通信 , 通常(chang)執行 Modbus RTU通信标(biāo)準。 (5) 開關量輸(shū)出 , 一般有 1~2路輸出控制 , 以執行超流量(liang)上限關閘 , 超(chāo)流量下限開閘等(deng)工藝控制。

這(zhè)些通信幾乎都通(tong)過電纜連接儀表(biǎo)和計算機及控制(zhi)設備 , 以保證(zhèng)計量和工藝控制(zhì)的、實時、可靠。

(2) 電磁水表主要使(shǐ)用在原水和居民(mín)自來水的計量、統(tong)計、分🔴析和🛀🏻結算上(shang) , 幾乎沒有工(gong)藝控制要求 , 内部電池供應又(yòu)限制它不能過多(duo)的耗電 , 因此(cǐ)通信方式比較簡(jian)潔 , 一般生産(chǎn)廠商都選下述配(pèi)置中的若幹方式(shì)進行通信🔞 : (1) 和(hé)傳統冷水水表一(yī)樣 , 可以人工(gōng)抄表 , 因而都(dōu)有液晶屏進行流(liu)量數據顯示。 (2) 開關量輸出。 (3) 與無線通信裝置(zhi)的接口 , 可通(tong)過無線通信設備(bèi)進行聯網通信。 (4) RS-485通信和電磁流(liú)量計一樣 , 通(tōng)常執行 Modbus RTU通信(xin)協議 , 并且需(xu)要外部供電 (DC24 V) , 這往往需要 4根電纜。東海集團(tuan)生産的電磁水表(biǎo)可以采用微功耗(hao)技😍術來㊙️進行 RS-485通信 , 這種方(fang)式可以使用内部(bù)锂電池進行供電(dian) , 省掉外供電(diàn)的 2根電纜 , 通信隻需 2根電纜連接。 (5) 紅外通信 , 這(zhè)是一種功耗較低(di)的無線雙向通信(xìn)方式 , 容易滿(mǎn)足安裝在井下和(hé)水中的電磁水表(biǎo)的苛刻🌈的防護要(yao)求。

1 0 使用環境(jìng)

1 0.1 溫度要求

(1) 電磁流量計使(shǐ)用場合廣泛 , 通常在 -20~55℃的溫(wen)度環境中可連續(xù)、穩定、可靠地工作(zuò)。某些特定領域😄 , 甚至能在 70℃高溫條件下正常(chang)運行。

(2) 電磁水(shui)表一般隻能在 0.1~55℃的溫度環境中(zhong)連續工作 , 設(shè)計和性能試驗時(shí) , 需考慮夏日(rì)高溫直射的炙烤(kao)影響。

1 0.2 維護要(yào)求

(1) 電磁流量(liang)計通常由專業人(rén)員維護和保養 , 且往往有周期(qi)性 (1年左右 ) 的測試和維護(hù)。

(2) 電磁水表檢(jiǎn)測周期較長 (2年左右 ) , 平時(shi)幾乎處于無監管(guǎn)狀态 , 大口徑(jing)表數據值對計量(liàng)結算影響巨大 , 因而對其設計(ji)、測試和生産制造(zao)的質量要求更高(gao)🔅。

1 0.3 防護要求

(1) 電磁流量計使(shi)用廣泛 , 運行(hang)環境複雜 , 因(yīn)而生産廠商針對(duì)不同的使用環境(jìng)設計了不同的💃🏻保(bǎo)護方🏃‍♀️法供用戶選(xuan)擇 , 如采用 IP66标準的通用型(xing)電磁流量計 , 僅能防護雨水的(de)淋落 ;高溫高(gāo)濕環境使用要采(cai)用特殊的密封耐(nài)高溫設📱計 ;潛(qian)水型電磁流量計(ji)要按 IP68标準設(shè)計防護外殼 , 某些危險場合 (如紡織廠、面粉(fěn)加工廠、化工廠、煤(méi)礦、易燃易爆場所(suo) ) 使用的電磁(cí)流量計 , 必須(xu)按照隔爆标準來(lai)設計外殼防護。所(suo)以電磁流量計生(sheng)産廠💘商通常會按(an)照用戶的使用環(huán)境條件 , 提供(gong)相适應的防護方(fang)式産品。

(2) 電磁(ci)水表測量介質比(bi)較單一 , 主要(yào)是潔淨的原水 (如輸送的江、河(hé)、湖泊之水 , 井(jǐng)水及地下水 ) 和市政供應的清(qīng)潔自來水 , 所(suǒ)用場合幾乎無危(wei)險性或爆炸性粉(fěn)塵 , 使用環境(jing)溫度差不是太大(dà) , 看似其防護(hù)要求比較容易解(jie)決 , 而實際上(shàng)電磁水表往往安(an)裝在井下潮濕場(chang)所 , 管道滲漏(lòu)及雨雪天氣又可(kě)将電磁水表泡在(zài)水中 , 要防止(zhǐ)電磁水表機殼密(mì)封處和通信電纜(lan)進線處的水滲漏(lou)十分重要 , 所(suo)以電磁水表均按(àn)潛水型設計外殼(ké)保護 , 爲提高(gao)防護質量 , 至(zhì)少需要達到 1 m水深 7天的試(shi)驗要求 , 其防(fáng)護應執行 IP68标(biāo)準 2 m水深 10天以上的要求。東(dong)海集團的電磁水(shui)表外殼防護目前(qián)按 2 m水深 30天的 IP68标準制(zhì)造 , 并且正在(zai)考慮将防護試驗(yan)要求提高到 10 m水深 30天 , 以達到 6年以(yi)上防護壽命。