電磁流量計是基于法拉第電磁感應(yīng)原理設(shè)計制造的,是一種計量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的速度式儀表。通常電磁流量計與介質(zhì)接觸的內(nèi)腔部位為一個圓筒形直管,一對測量電極鑲嵌在中部,呈對稱分布;電極與介質(zhì)接的部位為一對直徑為6~10毫米的圓餅狀薄金屬,其伸出部分厚度僅2~4毫米,電極幾乎不影響流態(tài)的變化:這種簡單的無可動部件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu),猶如一根普通的圓筒形流體管道,因而不產(chǎn)生任何壓損:也不會被某些介質(zhì)中的懸浮物及固態(tài)雜質(zhì)所阻塞。
電磁流量計產(chǎn)生的電極信號幅度與流體的流速成正比,因而電子電路經(jīng)放大處理后得到的流量數(shù)據(jù),線性度非常理想。
電磁流量計測量精度高,量程比寬,重復(fù)性和線性均十分優(yōu)良;通常可測量流速在0.3m/s~12m/s各種導(dǎo)電介質(zhì);可以雙向計量。測量介質(zhì)可以是單一溶液,也可以是固、液混合物,也允許有氣泡,只是混在液體中的氣泡和固態(tài)物質(zhì)被計量為液體體積罷了,當(dāng)然,這些氣泡和固態(tài)物質(zhì)將增加計量介質(zhì)體積流量的誤差。被計量的導(dǎo)電介質(zhì)是清水,也可以是污水;工業(yè)中的各種液態(tài)酸、堿、鹽幾乎均導(dǎo)電,因而可以用電磁流量計計量。各種導(dǎo)電的液態(tài)有機(jī)化工產(chǎn)品,食品工業(yè)中的醬油和醋、各種酒類等,也可計量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。只是各種腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)需配置耐腐蝕的工程材料,如橡膠、聚四氟乙烯、尼龍等做流量計的內(nèi)襯?；煊袣馀莺凸虘B(tài)物質(zhì)的醬料需采用特殊的計算方法來減少計量的誤差。
電磁流量計性能優(yōu)良,檢測介質(zhì)各類**,性價比高,目前已得到了**的使用。中國市場每年銷售的各種電磁流量計目前己超過十萬余臺,且還在逐年增加。這是一種不容忽視的流量檢測儀表,放眼**,更是如此。
一般電磁流量計由于電路復(fù)雜,勵磁功率較大,整機(jī)功耗需15VA~25VA左右,因而需市電(AC220V)或?qū)Ｓ冒踩碾娫?DC24V)供電。由于電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,以前處理滿量程為2~3mV的電磁流量信號是關(guān)鍵的“**技術(shù)手段”,現(xiàn)在已經(jīng)可以精密處理滿另一種為0.1mV的電磁流量信號了,動態(tài)分辨率可以低至土0.00003mV,這種新技術(shù)功耗極低,完全可以電池供電。這就派生出電磁水表的市場概念:電磁水表是一種僅計量清水且由內(nèi)部鋰電池供電的長壽命智能型電磁流量計,由于市場定位和使用要求不同,兩者的工作原理相同但應(yīng)用時還是有較大的區(qū)別,我們下面來簡單的評述:
1、使用領(lǐng)域
電磁流量計使用**,主要適用工業(yè)生產(chǎn)中各種導(dǎo)電介質(zhì)的流量連續(xù)計量和生產(chǎn)工藝控制領(lǐng)域、科學(xué)研究的計量測控領(lǐng)域。
電磁水表以計量清水、原水為主。在市政領(lǐng)域得到**使用,它主要解決水源和城鄉(xiāng)供水的計量、統(tǒng)計、分析、結(jié)算功能。
2、精度
電磁流量計的精度通常為士0.5%,可以提供士0.2%、士0.3%的商品。
電磁水表的精度一般為II級(Q2~Q4士2%,Q1~Q25%),可以提供1級商品(Q2~Q4士1%,Q1~Q2±3%)
電磁流量計生產(chǎn)廠商大都可以提供DN20~DN500的商品,規(guī)模較大的**廠商可以提供DN10~DN3000的電磁流量計;DN25~DN600規(guī)格的銷售數(shù)量ZUI多市場銷售ZUI多的電磁水表口徑在DN40~DN300,少數(shù)**的跨國**廠商能生產(chǎn)DN25~DN800口徑的全系列電磁水表。
4、量程范圍(計量流速范圍)
通常電磁流量計的介質(zhì)流速測量范圍為0.3m/s~12m/s,我們往往用Qmax和Qmin來定義計量范圍,Qmax/Qmin(量程比)一般在20~25之間。Qmin~Qmax之間應(yīng)保證精度。如DN100的0.5級表,在量程比20的情況下,在10m/h(Qmin)至200m/h(Qmax)流量范圍內(nèi),均應(yīng)保證土0.5%的精度。作為電磁流量計,考慮使用的經(jīng)濟(jì)性,常將Qmax選在5~8.5m/s流速范圍內(nèi),如上述Qmax為200m/h的DN100電磁流量計,其Qmax流速為7.07m/s。廠商可以自行規(guī)定各種口徑的Qmax流速,例如科隆公司的某型DN100電磁流量計,其0.5級產(chǎn)品的Qmax為200m/h,max/Qmin≥25:Qmax的流速為7.07m/s,在8m/h~200mh量程范圍內(nèi)的誤差小于士0.3%。
電磁水表的ZUI高測量流速可達(dá)15m/s左右,通常電磁水表的流量點(diǎn)Q3選在12.55m/s流速上。電磁水表的量程范圍參照冷水水表標(biāo)準(zhǔn),是一種強(qiáng)制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。眾所周知,冷水水表的流量范圍可由Q1(ZUI小流量),Q2(分界流量),Q3(常用流量),Q4(ZUI大流量)來表述,一般情況下,其流量計量特性可由量程比Q3/Q1(R值),Q4/Q3=1.25,Q2/Q1=1.6來反映。目前****廠商的電磁水表,其Q3/Q1可達(dá)400。DN100電磁水表,Q3=250m/h(流速為13.48m/s),Q4=312.5m/h(流速為16.85m/s),Q3/Q1=250,R2/Q1=1.6,Q2=1.6m/h,Q1=1m/h。一般電磁水表的精度,用戶可選1級(Q2~Q4±1%,Q1~Q2±3%)和I1級(Q2~Q4土2%,Q1~Q2士5%)。提高電磁水表的測量靈敏度(即降低Q1流量點(diǎn))是電磁水表的努力方向。電磁水表的始動流量通常為ZUI小流量(Q1流量點(diǎn))的1/4~1/10。電磁流量計沒有始動流量的概念。
5、重復(fù)性
重復(fù)性是各種流量儀表的重要質(zhì)量指標(biāo)。對于電磁流量計,其重復(fù)性指標(biāo)為精度的1/3,例如0.5級精度的電磁流量計,其重復(fù)性應(yīng)優(yōu)于士0.16%:0.2級表的重復(fù)性應(yīng)優(yōu)于土0.06%。作為電磁流量計來講,其ZUI重要的技術(shù)指標(biāo)為精度、重復(fù)性、快速采樣和量程比。電磁水表并不把重復(fù)性作為一項(xiàng)考核的質(zhì)量指標(biāo),它僅是一項(xiàng)設(shè)計和實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。電磁水表ZUI重要的技術(shù)指標(biāo)為精度,低的始動流量,Q1流量點(diǎn)和量程比(Q3/Q1)。當(dāng)然,對于流量計來講,兩者均能保證長期連續(xù)的穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。
6、供電方式(功耗)
通常電磁流量計的處理速率快,處理精度高,控制要求快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。因電磁流量計和外界信息交流方式復(fù)雜(輸出4~20mA電流信號,0~10KC頻率信號,RS-485通信,開關(guān)量控制等),隔離程度高,因而電子線路多用大量的高速電子元件,功耗可達(dá)15~25VA,這必須由市電(AC220V)和專用外電源(DC24V)供應(yīng)電源。因而抗干擾、光電隔離、電磁隔離等防止電源的強(qiáng)電磁沖擊等技術(shù)措施就十分必要電磁水表的電子線路由極**的低功耗或超低功耗的集成電路為主,計算方法為特殊的高效省電方式,因而功耗極低,可以由內(nèi)部電池來連續(xù)長期供電。這樣,要求電磁水表的電池工作壽命至少為5~6年。對于電磁水表而言,降低功耗提高電池工作壽命,是一項(xiàng)難度很大的挑戰(zhàn)。
7、管道結(jié)構(gòu)與測量直管段
電磁流量計可以由市電充分供電,因而電子元器件和電子線路的選擇受功耗的影響小,選擇范圍廣:數(shù)百毫安的勵磁電流使傳感器的信號輸出幅度也較大,因而不必對流體額外加速以增強(qiáng)信號幅值。
電磁流量計的測量腔為直管,工藝簡單,加工成本低,是電磁流量計測量腔體的普遍設(shè)計方式。直管結(jié)構(gòu)幾乎不會引起被測流場的紊亂,測量的流速基本為經(jīng)濟(jì)流速(ZUI高流速低于8m/s左右),高速采樣率又可及時修正各種流場變化帶來的誤差,所以電磁流量計的直管段為前5D和后3D就可以滿足計量的精度要求。
電磁水表使用內(nèi)裝的鋰電池供電,降低功耗增加工作壽命是其設(shè)計任務(wù)的關(guān)鍵,因而只能采用較低的勵磁電流(通常它的勵磁電流僅為電磁流量計的十分之一左右,甚至更低)這樣傳感器的有效輸出信號幅值就很微弱。電磁水表研發(fā)人員通常用兩種方法來增強(qiáng)信號是提高信號的放大倍數(shù):二是將測量段縮徑,人為提高介質(zhì)流速,這將大幅提升流量信號。因此,電磁水表的測量腔體幾乎都采用縮徑工藝,一般縮徑為原標(biāo)稱口徑的70%~80%左右,縮徑率以不顯著影響儀表的壓損并且不顯著改變流場的穩(wěn)定為設(shè)計原則。電磁水表的縮徑工藝有一定的整流作用,在一定的情況下可免前后直管段安裝
8、儀表通信
電磁流量計使用**,計量方式和流量控制方式種類繁雜,因而通信方式比較豐富般生產(chǎn)廠商都有下述配置:
(1)定量脈沖輸出,如輸出一個脈沖代表1m/h流量(可選0.1m/h,甚至0.01m/h)
(2)頻率輸出,表示輸出0~10KH2頻率范圍代表0~Qmax流量。
(3)輸出4~20mA電流,通常表示瞬時量為Qmin~Qmax近幾年設(shè)計的4~20mA電流模擬信號,可以同時進(jìn)行數(shù)字通信,即可以進(jìn)行HART(協(xié)議)通信
(4)RS-485通信,通常執(zhí)行 Modbus RTU通信標(biāo)準(zhǔn)
(5)開關(guān)量輸出,一般有1至2路輸出控制,以執(zhí)行超流量上限關(guān)閘,超流量下限開閘等工藝控制。這些通信幾乎都通過聯(lián)結(jié)儀表的電纜來與計算機(jī)、控制設(shè)備等可靠的聯(lián)結(jié),以保證計量和工藝控制的*、實(shí)時、可靠。
電磁水表主要使用在原水和城多自來水的計量、統(tǒng)計、分析和結(jié)算領(lǐng)域,幾乎沒有工藝控制要求,內(nèi)部電池供應(yīng)又限制它不能過多的耗電,因此通信方式比較簡潔,一般生產(chǎn)廠商都選下述配置中的若干方式進(jìn)行通信:
(1)和傳統(tǒng)冷水水表一樣,可以人工抄表,因而都有液晶屏進(jìn)行流量數(shù)據(jù)顯示
(2)開關(guān)量輸出。
(3)與無線通信裝置的接口,可通過無線通信設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信。
(4)RS-485通信和電磁流量計一樣,通常執(zhí)行 Modbus RTU通信協(xié)議。
電磁水表可以采用微功耗技術(shù)來進(jìn)行RS-485通信,這種方式可以使用內(nèi)部鋰電池進(jìn)行供電由于省掉外供電的2根電纜,通信只需2根電纜連接。
(5)紅外通訊,這是一種功耗較低的無線雙向通訊方式,容易滿足苛刻的安裝在井下和水中的電磁水表的防護(hù)要求。
9、使用環(huán)境
a溫度要求
電磁流量計和電磁水表,通常要求在-20℃至55℃的溫度環(huán)境中連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的工作。某些特定領(lǐng)域,甚至能在70℃高溫條件下正常運(yùn)行。電磁水表執(zhí)行的冷水水表的標(biāo)準(zhǔn),通常是T30和T50兩種。
b維護(hù)要求
電磁流量計通常由**人員維護(hù)和保養(yǎng),且往往有周期性(一年左右)的測試和維電磁水表檢測周期較長(2年左右),平時幾乎處于無監(jiān)管狀態(tài),大口徑表數(shù)據(jù)值對計量結(jié)算影響巨大,因而對其設(shè)計、測試和生產(chǎn)制造的質(zhì)量要求更高。
c防護(hù)要求
電磁流量計使用**,運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,因而生產(chǎn)廠商針對不同的使用環(huán)境設(shè)計了不同的保護(hù)方法供用戶選擇,如采用IP65標(biāo)準(zhǔn)的通用型電磁流量計,僅能防護(hù)雨水的淋落,所以電磁流量計生產(chǎn)廠商通常會按照用戶的使用環(huán)境條件,提供相適應(yīng)的防護(hù)方式產(chǎn)品
電磁水表測量介質(zhì)比較單一,主要是潔凈的原水(如輸送的江、河、湖泊之水,井水及地下水)和城鄉(xiāng)供應(yīng)的清潔自來水,所用場合幾乎無危險性或爆炸性粉塵,使用環(huán)境溫度差不是太大,看似其防護(hù)要求比較容易解決,而實(shí)際上電磁水表往往安裝在井下潮濕場所,管道滲漏及雨雪天氣又可將電磁水表泡在水中,要防止電磁水表機(jī)殼密封處和通信電纜進(jìn)線處的水滲漏十分重要,所以電磁水表均按潛水型設(shè)計外殼保護(hù),為提高防護(hù)質(zhì)量,至少需要達(dá)到1m水深7天的試驗(yàn)要求,其防護(hù)應(yīng)執(zhí)行IP68標(biāo)準(zhǔn)2m水深10天以上的要求。電磁水表外殼防護(hù)目前按2m水深30天的IP68標(biāo)準(zhǔn)制造,通常應(yīng)用時都是長期在水下工作的,可達(dá)到5年以上穩(wěn)定可靠的防護(hù)壽命。
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電磁流量計的輸出型與顯示型
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