淺談電磁流(liu)量計與電磁水表(biao)的區别

電磁(ci)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(du)式儀表。通常電磁(ci)流量計與介質接(jie)觸的内腔部位爲(wei)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(jiān)的部位爲一對直(zhí)徑爲 6~10 mm的圓餅(bǐng)狀薄金屬 , 其(qi)伸出部分厚度僅(jǐn) 2~4 mm, 幾乎不影響(xiang)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(tong)的圓筒形流體管(guan)道 , 因而不産(chǎn)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(du)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(ci)流量計測量精度(dù)高、量程比寬、重複(fú)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(dian)介質 ;可以雙(shuang)向計量 ;測量(liàng)介質可以是單一(yi)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(diàn)磁流量計廣泛應(yīng)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(hua)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(you)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(long)等做流量計的内(nei)襯。混有氣泡和固(gù)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(you)于電路複雜、勵磁(ci)功率較大 , 整(zhěng)機功耗需 15~25 V· A, 因而需市電 (AC220 V) 或的安全電源(yuan) (DC24 V) 供電。随着電(diàn)子技術突飛猛進(jìn)的發展 , 電磁(ci)流量電信号的處(chù)理已由 2~3 m V精密(mi)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(shēng)了電磁水表的概(gai)念———一種僅計量清(qīng)😄水、内部采用锂電(diàn)池供電的長壽命(ming)智能型電磁流量(liang)計 , 由于市場(chǎng)定位和使用要求(qiú)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(jì)使用廣泛 , 适(shi)用于工業生産中(zhong)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(guǎng)⚽泛使用 , 主要(yào)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(cí)流量計的精度通(tōng)常爲± 0.5%, 高精度(dù)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(gao)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(chǎn)廠商大都可以提(tí)供 DN20~DN500的産品 , 規模較大的專(zhuān)業廠商可以提供(gong) DN10~DN3000的電磁流量(liang)計 , DN25~DN600規格的應(yīng)用數量多。

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

4 量程範圍 (計(ji)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(wei)通常爲 0.4~12m/s, 通常(cháng)用 Q_max 和 Q_min 來(lái)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(liú)量範圍内 , 均(jun)應保證± 0.5%的精(jīng)度。作爲電磁流量(liàng)計 , 考慮使用(yòng)的經濟性 , 常(cháng)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(liú)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(liu)速 , 例如某型(xíng) DN100電磁流量計(ji) , 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(fan)圍内的誤差小于(yú)± 0.3%。

所謂“量(liang)程遷移” , 是指(zhǐ)該台電磁流量計(ji)在某種工藝現場(chang) , 其流量計量(liàng)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(yí) 4~10 m³ /h流量段的測(cè)量精度将超出± 0.5%的精度要求。通(tong)常 , 電磁流量(liang)計的計量上限流(liú)量點 , 可“遷移(yi)”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(biǎo)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(biao)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(qí)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(qián)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(ci)水表沒有“量程遷(qian)移”的概念 , 它(tā)的計量範圍在始(shi)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(yao)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(xing)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(rú) 0.5級精度的電(diàn)磁流量計 , 其(qi)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(xiang)考核的質量指标(biāo)🍓 , 它僅是一項(xiàng)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(liu)量 , Q₁ 流量點和(hé)量程比 (Q₃ /Q₁ ) 。當然(ran) , 對于流量計(ji)來講 , 兩者均(jun)能保證長期連續(xu)的穩定運行是十(shi)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(sù)、穩定、準确。因電磁(ci)流量計和外界信(xin)息🔞交流🍓方⭐式🙇‍♀️複雜(zá) (輸出 4~20 m A電(diàn)流信号、 0~10KC頻率(lǜ)信号、 RS-485通信、開(kāi)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(hao)可達 15~25 V· A, 這(zhè)必須由市電 (AC220 V) 和外電源 (DC24 V) 供(gong)電。因而抗幹擾、光(guang)電隔離、電磁隔離(lí)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(xian)進的低功耗、超低(di)功耗的集成電路(lù)爲主 , 計算方(fang)法爲特殊的省電(dian)方式 , 因而功(gong)耗極低 , 可以(yi)由内部電池來連(lian)續長期供電。這要(yao)求電磁水表的電(diàn)池工作壽命至少(shao)爲 5~6年 , 現(xiàn)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(gong)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(ji)量實時性要滿足(zu)工業控制的工藝(yi)⭐要求 , 其特點(diǎn)爲及高速 , 因(yin)而采樣處理速率(lü)普遍要求高于 100 ms/次。

(2) 電磁水(shuǐ)表的采樣速率在(zai) 1~30 s/次範圍 , 就可以得到計量(liàng)的流量數據 , 況且采樣速率低(di) , 功耗也越低(di) ;通常采樣速(su)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(zhi)管段

(1) 電磁流(liú)量計可以由市電(dian)供電 , 因而電(dian)子元器件和電子(zi)線路的選擇受功(gong)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(yě)較大⁉️ , 因而不(bú)必對流體額外加(jiā)速以增強信号幅(fu)值。

電磁流量(liang)計的測量腔爲直(zhí)管 , 工藝簡單(dan) , 加工成本低(dī) , 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(liú)速基本爲經濟流(liú)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(wu)差 , 所以電磁(cí)流量計的直管段(duan)爲前 5D和後 3D就可以滿足計(jì)量的精度要求。

(2) 電磁水表使用(yòng)内裝的锂電池供(gòng)電 , 降低功耗(hao)、延長工作壽命是(shi)其設計任務的關(guān)鍵 , 因而隻能(neng)采用較低的勵磁(cí)電流 (通常它(ta)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(zēng)強信号 :一是(shì)提高信号的放大(dà)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(yin)此 , 電磁水表(biǎo)的測量腔體幾乎(hu)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(xian)著影響儀表的壓(ya)損并且不顯著改(gai)變流場的穩定爲(wèi)原則。

電磁水(shuǐ)表的縮徑工藝加(jiā)大了制造難度 , 增大了壓力損(sun)失 , 太大的縮(suo)徑也會擾亂流場(chǎng)的穩定 , 因此(cǐ)制造商要綜合考(kǎo)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(wēi)弱 , 這樣計算(suan)處理需要的穩定(ding)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(lǜ)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(liang)計嚴格。爲保證計(jì)量精度 , 電磁(cí)水表通常需要前(qián) 10D和後 5D的(de)直管段。

9 儀表(biǎo)通信

(1) 電磁流(liú)量計使用廣泛 , 計量方式和流(liú)量控制方式種類(lèi)繁雜 , 因而通(tong)信方式比較豐富(fù) , 一般生産廠(chang)商都有下述配置(zhì) : (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(lü)範圍代表 0~Q_max 流(liú)量。 (3) 輸出 4~20 m A電流 , 通常表(biǎo)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(cháng)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(liàng)上限關閘 , 超(chao)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(zhì)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(shi)用在原水和居民(min)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(you)限制它不能過多(duo)的耗電 , 因此(ci)通信方式比較簡(jiǎn)潔 , 一般生産(chǎn)廠商都選下述配(pei)置中的若幹方式(shi)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(dou)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(zhì)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(liu)量計一樣 , 通(tōng)常執行 Modbus RTU通信(xìn)協議 , 并且需(xū)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(fāng)式可以使用内部(bu)锂電池進行供電(dian) , 省掉外供電(dian)的 2根電纜 , 通信隻需 2根電纜連接。 (5) 紅外通信 , 這(zhe)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(he)水中的電磁水表(biǎo)的苛刻的防護要(yào)求。

1 0 使用環境(jìng)

1 0.1 溫度要求

(1) 電磁流量計使(shi)用場合廣泛 , 通常在 -20~55℃的溫(wēn)度環境中可連續(xu)、穩定、可靠地工作(zuo)。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(zhōng)連續工作 , 設(she)計和性能試驗時(shí) , 需考慮夏日(ri)高溫直射的炙烤(kǎo)影響。

1 0.2 維護要(yao)求

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

(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(guan)狀态 , 大口徑(jing)表數據值對計量(liang)結算影響巨大 , 因而對其設計(ji)、測試和生産制造(zào)的質量要求更高(gao)。

1 0.3 防護要求

(1) 電磁流量計使(shǐ)用廣泛 , 運行(háng)環境複雜 , 因(yīn)而生産廠商針對(dui)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(xíng)電磁流量計 , 僅能防護雨水的(de)淋落 ;高溫高(gao)濕環境使用要采(cǎi)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(fen)加工廠、化工廠、煤(méi)礦、易燃易爆場所(suǒ) ) 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(shēng)✔️産廠商通常會按(an)照用戶的使用環(huán)境條件 , 提供(gòng)相适應的防護方(fāng)式産品。

(2) 電磁(cí)水表測量介質比(bǐ)較單一 , 主要(yao)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(suo)用場合幾乎無危(wei)險性或爆炸性粉(fen)塵 , 使用環境(jing)溫度差不是太大(da) , 看似其防護(hu)要求比較容易解(jie)決 , 而實際上(shàng)電磁水表往往安(ān)裝在井下潮濕場(chǎng)所 , 管道滲漏(lou)及雨雪天氣又可(kě)将電磁水表泡在(zài)水中💜 , 要防止(zhi)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(an)潛水型設計外殼(ke)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(biao)準 2 m水深 10天以上的要求。東(dōng)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(zhi)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(yǐ)上防護壽命。