電磁流量計(jì)在供水行業(yè)中的應(yīng)用
電磁流量計(jì)作為線性好、量程比寬、可靠性高和精確度高的流量計(jì)，在供水行業(yè)中得到了廣泛地應(yīng)用，尤其在水廠進(jìn)/出水口的源水和出廠水計(jì)量中占有重要的地位。盡管電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)在不斷提高，但在用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，諸多因素會(huì)直接影響到儀表性能，而不能達(dá)到用戶的期望值。用戶在儀表設(shè)計(jì)選型、安裝、調(diào)試和維護(hù)的整個(gè)過(guò)程中，需要盡量保證儀表正常運(yùn)行的基本條件，使儀表運(yùn)行在良好的工作狀態(tài)。
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設(shè)計(jì)選型
1.1 保證電磁流量計(jì)測(cè)量精度的必要條件
⑴ 被測(cè)流體介質(zhì)必須具有導(dǎo)電性；
⑵ 被測(cè)流體介質(zhì)必須充滿管道；
⑶ 流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)必須良好接地；
⑷
流量計(jì)應(yīng)滿足其前后直管長(zhǎng)度要求；
⑸ 在流量計(jì)附近，應(yīng)避免強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾。
1.2 一般選型原則
⑴ 口徑的確定
電磁流量計(jì)能夠連續(xù)測(cè)量較寬流量范圍的流量，在規(guī)定流量(流速)范圍
(0.5～10m/s)內(nèi)，可任意調(diào)整測(cè)量量程。一般情況下，選擇流量計(jì)口徑等于工藝管道口徑，可以滿足工況需求，而且安裝方便，沒(méi)有壓力損失。
流量、流速與口徑三者關(guān)系如下式：
Q
= 0.0028274 * D2 * v
v = Q /（0.0028274 * D2 ）
其中： Q = 流量（m3/h）
D =
流量計(jì)公稱通徑(mm)；
V = 流體介質(zhì)流速(m/s)。
⑵ 推薦使用流速
a.
從準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性和耐用性方面考慮，推薦使用的流速范圍為1～5m/s之間。在這個(gè)范圍內(nèi)，流量計(jì)測(cè)量精度高、線性好，動(dòng)力損耗較小，流體介質(zhì)對(duì)流量計(jì)襯里和電極的磨損也較小。
b.
對(duì)于含有固體顆粒的流體介質(zhì)，推薦使用的流速范圍為1～3m/s之間。這樣的選擇有助于避免流速過(guò)高造成懸浮固體顆粒對(duì)流量計(jì)襯里和電極的過(guò)度磨損。
c.
對(duì)于在管道中可能造成沉積物的流體介質(zhì)，推薦使用的流速范圍為2～5m/s之間。如果達(dá)不到要求，在壓力損失允許的情況下，可選用比管道直徑小的流量計(jì)，并且加裝異徑管。較高的流速易于消除過(guò)多的沉積物。將流量計(jì)垂直安裝或安裝在Ｖ型彎管處，易于消除過(guò)多的沉積物。
⑶ 耐蝕性
流量計(jì)電極材料和襯里材料的選擇，應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體介質(zhì)的腐蝕性程度選定。對(duì)混酸等成份復(fù)雜
的流體介質(zhì)，應(yīng)做掛片試驗(yàn)。
⑷ 儀表口徑與工藝管道口徑不同
a.
為使儀表工作在合適的流速范圍，當(dāng)工藝管道內(nèi)流速偏低，工藝流量較穩(wěn)定，且允許一定的壓力損失時(shí)，可選擇儀表口徑小于工藝管道口徑，在儀表前后加異徑管，使儀表內(nèi)局部流速提高。
b. 對(duì)于大口徑工藝管道，在管道內(nèi)流速偏低，工藝流量較穩(wěn)定時(shí)，可選擇口徑較小的儀表，
在儀
表前后加異徑管，一方面可降低儀表費(fèi)用，另一方面也可使儀表運(yùn)行在線性較好的流速范圍。
c.
為了保證儀表測(cè)量精確度，異徑管的中心錐角應(yīng)不大于15°，且異徑管接頭的上游側(cè)至少應(yīng)有５倍工藝管徑的直管段。
2 安裝
2.1 安裝場(chǎng)所要求（建議采用圖1所示安裝方法）
電磁流量計(jì)安裝的場(chǎng)所與位置按用戶的實(shí)際需要，可以水平、垂直和傾斜安裝。為了使電磁流量計(jì)穩(wěn)定可靠地工作，應(yīng)注意以下要求：
⑴
流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)必需充滿流體介質(zhì)（即不允許有空管或不滿管現(xiàn)象）。
⑵ 流量計(jì)的電極軸線應(yīng)近似水平。
⑶
流量計(jì)（從電極軸線起測(cè)量）的入口上游直管段最少為5D長(zhǎng)，出口的下游直管段為2D長(zhǎng)。
⑷
被測(cè)流體流動(dòng)方向應(yīng)與流量計(jì)的流向標(biāo)志所指方向一致。
⑸
為了安裝、維護(hù)和保養(yǎng)的方便，應(yīng)在管道法蘭附近確保有足夠的操作與維護(hù)空間。
⑹
當(dāng)管道直徑與流量計(jì)通徑不一致時(shí)，可以在流量計(jì)兩端安裝漸擴(kuò)管或漸縮管，其圓錐角應(yīng)小于15°
⑺
電磁流量計(jì)安裝場(chǎng)所應(yīng)避免有強(qiáng)磁場(chǎng)及強(qiáng)震動(dòng)源。在流量計(jì)的兩邊管道上應(yīng)有固定支座。
⑻
分體安裝的流量計(jì)轉(zhuǎn)換器應(yīng)安裝在通風(fēng)、干燥場(chǎng)所，應(yīng)避免雨水淋澆、積水受淹。以防儀表的電氣元件受潮，造成絕緣性能下降及損壞。
2.2
接地要求
為了使電磁流量計(jì)穩(wěn)定可靠地工作，保證其測(cè)量精度不受外界電磁場(chǎng)的干擾，流量計(jì)應(yīng)有良好的單獨(dú)接地。若連接流量計(jì)的管道內(nèi)涂有絕緣層或是非金屬管道，流量計(jì)應(yīng)加裝接地（液）環(huán)。
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測(cè)量精度與誤差曲線
電磁流量計(jì)制造廠所給出的流量計(jì)測(cè)量精度與誤差曲線均指參比工作條件下的技術(shù)指標(biāo)，用戶應(yīng)注意到與實(shí)際應(yīng)用工況條件是有所區(qū)別的。
按JB/T 9248-1999
《電磁流量計(jì)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參比工作條件是：
環(huán)境溫度：20℃±2℃；
相對(duì)濕度：60%～70%；
供電電源：額定電壓±1%；
安裝條件：上游直管段長(zhǎng)度>10D；
下游直管段長(zhǎng)度>5D；
預(yù)熱時(shí)間：>15min。
3.1 測(cè)量精度
現(xiàn)在大多數(shù)制造廠家采用示值的百分?jǐn)?shù)表示儀表的測(cè)量精度（或稱基本誤差限）。如0.3級(jí)的流量計(jì)其測(cè)量精度為±0.3%，比較正規(guī)的制造廠都有自己受控的產(chǎn)品實(shí)流校驗(yàn)規(guī)程，開(kāi)封儀表廠規(guī)程規(guī)定，在參比工作條件下，流量計(jì)實(shí)流校驗(yàn)測(cè)量精度控制在±0.28%內(nèi)，優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 誤差曲線
制造廠給出的誤差曲線表示流量計(jì)在其測(cè)量范圍內(nèi)線性度變化的趨勢(shì)，與給出的精確度指標(biāo)是相對(duì)應(yīng)的（誤差曲線如圖2）。以開(kāi)封儀表廠電磁流量計(jì)為例：
精確度為：示值的±0.3%（流速 ≥ 1m/s）；或 ±3 mm/s （流速 < 1m/s）。
因此，在0.5m/s時(shí)，流量計(jì)允許±0.5%的誤差，在0.3 m/s時(shí)，流量計(jì)允許±1.0%的誤差。
3.3 工況條件
流量計(jì)在工況條件下，因各種因素的影響，測(cè)量精度可能與制造廠在參比條件下給出的實(shí)流校驗(yàn)精度有所區(qū)別。如按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，溫度每變化10℃，測(cè)量精度變化不應(yīng)大于儀表基本誤差限的1/2，
當(dāng)溫度變化20℃時(shí)，±0.3%的測(cè)量精度可能會(huì)變?yōu)椤?.6%。
用戶在流量計(jì)運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)考慮到噪聲干擾、安裝條件的限制、環(huán)境溫度變化、濕度變化（在長(zhǎng)期的潮濕環(huán)境下，流量計(jì)絕緣強(qiáng)度降低。）等因素對(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的影響，通常0.5級(jí)流量計(jì)實(shí)際達(dá)到1級(jí)，也應(yīng)該認(rèn)為用戶對(duì)流量計(jì)運(yùn)行維護(hù)的是比較好了。
4 測(cè)量量程與系統(tǒng)零點(diǎn)
4.1 測(cè)量量程
電磁流量計(jì)的流量范圍比較寬，對(duì)應(yīng)的流速范圍為0～10m/s，有些廠家的流量計(jì)為0～15m/s。從理論上講，改變量程不會(huì)影響流量計(jì)的測(cè)量精度和線性，但選擇合適的量程有助于提高4～20mA模擬輸出信號(hào)單位分辨率。如果100m3/h量程能夠滿足用戶要求，就不要選擇200m3/h量程，否則模擬輸出信號(hào)單位分辨率將降低一半。
4.2 系統(tǒng)零點(diǎn)
正常運(yùn)行情況下，電磁流量計(jì)的系統(tǒng)零點(diǎn)隨著系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行，因元器件老化、勵(lì)磁線包絕緣強(qiáng)度降低、測(cè)量電極極化與污染、系統(tǒng)接地電阻（電位）增加等因素，會(huì)造成系統(tǒng)零點(diǎn)的變化與漂移，用戶應(yīng)定期檢查流量計(jì)的系統(tǒng)零點(diǎn)，進(jìn)行調(diào)整與維護(hù)。對(duì)應(yīng)于1m/s的流量來(lái)說(shuō)，如果系統(tǒng)有±5mm/s的零點(diǎn)，將造成±0.5%的附加誤差。一般情況下，
流量較小時(shí)，系統(tǒng)零點(diǎn)造成的附加誤差越大。
由于系統(tǒng)零點(diǎn)總是或多或少存在的，制造廠在流量計(jì)出廠實(shí)流標(biāo)定時(shí)，會(huì)依照規(guī)程調(diào)整到最小，用戶在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，也是需要進(jìn)行調(diào)整的。所以制造廠給出的誤差曲線，客觀上也反映了流量計(jì)系統(tǒng)零點(diǎn)的存在，因而造成儀表的非線性。如果僅給出電磁流量計(jì)的測(cè)量精度，而不給出誤差曲線，實(shí)際上是不能明確地反映流量計(jì)在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)量精度的。
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信號(hào)基準(zhǔn)與直流噪聲
5.1
信號(hào)基準(zhǔn)
電磁流量計(jì)是一種以法拉第電磁感應(yīng)定律（當(dāng)導(dǎo)電性流體橫穿過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，在導(dǎo)電性流體中感應(yīng)出正比于流體流速）為基本原理的流量計(jì)。為了有效地拾取兩個(gè)測(cè)量電極上感應(yīng)的mV級(jí)流量信號(hào)，并抑制干擾信號(hào)，流量信號(hào)以差動(dòng)方式由傳感器傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器的差動(dòng)放大器信號(hào)輸入端，把“零電阻”的流體介質(zhì)“地”作為差動(dòng)放大器的信號(hào)地端。差動(dòng)放大器對(duì)流量信號(hào)的差值進(jìn)行放大，對(duì)疊加在流量信號(hào)中的共模干擾信號(hào)進(jìn)行抑制和衰減。當(dāng)存在接地回路地電流、電極極化電壓、勵(lì)磁回路與電極測(cè)量回路間的靜電耦合電壓等共模干擾時(shí)，只要差動(dòng)放大器的工作參數(shù)對(duì)稱，共模干擾不會(huì)影響到放大器對(duì)流量信號(hào)的放大，除非共模干擾電壓超出放大器的共模抑制范圍。
用戶在電磁流量計(jì)的安裝與維護(hù)過(guò)程中，要充分認(rèn)識(shí)到流量計(jì)系統(tǒng)接地的重要性，有的制造廠為了更加明確地說(shuō)明接地的區(qū)別，把作為流量信號(hào)基準(zhǔn)的地稱作接液地（接液部件：接地電極或接地環(huán)等），把物理地稱作大地。接液地不僅要求接地電阻盡量小，而且還要具有良好的穩(wěn)定性與可靠性。
而大地主要是為了減少外界環(huán)境對(duì)流量計(jì)系統(tǒng)的干擾與保護(hù)，如電磁場(chǎng)輻射、流體介質(zhì)地與大地的回路電流、雷擊等。
5.2 直流噪聲
在流量比較穩(wěn)定的情況下，如果流量計(jì)輸出波動(dòng)較大，主要的影響因素是測(cè)量信號(hào)中疊加的直流噪聲。如果流體介質(zhì)地與大地良好，造成直流噪聲的原因是電極上存在的極化電壓。電極與電解質(zhì)流體介質(zhì)之間，因液體中發(fā)生正負(fù)離子的定向移動(dòng)，產(chǎn)生一定的電場(chǎng)，因此形成電極與接液地之間漂移的極化電壓。極化電壓以共模干擾形式疊加于流量信號(hào)中，阻塞差動(dòng)放大器，使流量信號(hào)不能放大，流量計(jì)不能完成正常的信號(hào)采樣，或因其漂移變動(dòng)，造成流量信號(hào)的波動(dòng)。供水行業(yè)中，一般不會(huì)產(chǎn)生極化電壓，但在化工行業(yè)中，因流體介質(zhì)的腐蝕和電極與接液材質(zhì)的不同，很容易產(chǎn)生極化電壓，因此要求接液材質(zhì)與測(cè)量電極材質(zhì)一致，即使產(chǎn)生極化電壓，因材質(zhì)一樣產(chǎn)生極化電壓的電位也一樣，使電極與測(cè)量基準(zhǔn)之間的共模電壓為最小。
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超聲波流量計(jì)在線標(biāo)定電磁流量計(jì)
制造廠采用標(biāo)準(zhǔn)容器法、稱重法或標(biāo)準(zhǔn)表法等量值傳遞方式，實(shí)流標(biāo)定電磁流量計(jì)。目前，還沒(méi)有見(jiàn)到各方面認(rèn)可的電磁流量計(jì)在線標(biāo)定設(shè)備，ABB向用戶提供一種叫做“CalMaster”的裝置，可以認(rèn)為是一種電磁流量計(jì)的專家評(píng)估系統(tǒng)，能夠?qū)ent公司制造的電磁流量計(jì)進(jìn)行在線評(píng)估，根據(jù)產(chǎn)品出廠時(shí)的歷史參數(shù)記錄與在線時(shí)產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)對(duì)比，給出電磁流量計(jì)與原出廠時(shí)實(shí)流標(biāo)定的測(cè)量精度相比，存在多大的可能誤差。用戶在使用流量計(jì)的過(guò)程中，若感到測(cè)量精度存在問(wèn)題，應(yīng)送相關(guān)計(jì)量部門(mén)進(jìn)行檢定。采用超聲波流量計(jì)在線比對(duì)的方法，可以定性的評(píng)估電磁流量計(jì)運(yùn)行狀態(tài)是否良好，排除電磁流量計(jì)可能存在較大測(cè)量誤差的情況。
⑴
超聲波流量計(jì)的測(cè)量精度低于電磁流量計(jì)的測(cè)量精度，因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)測(cè)量的是圓面積上的面平均流速，且電磁導(dǎo)管的公稱通徑與不圓度誤差，已在制造廠出廠實(shí)流標(biāo)定時(shí)，經(jīng)儀表系數(shù)修正。而超聲波流量計(jì)測(cè)量的是管道軸向截面的線平均流速，流動(dòng)速度分布畸變的影響應(yīng)予以考慮，且現(xiàn)場(chǎng)管道直徑與不圓度誤差，用戶很難給出定量值。
⑵ 超聲波流量計(jì)直管段長(zhǎng)度要求上游10D，下游5D，單聲道超聲波流量計(jì)實(shí)際應(yīng)更長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)條件往往不能達(dá)到。
⑶
管壁銹蝕、涂覆防護(hù)和厚度等因素也影響超聲波流量計(jì)的測(cè)量精度。
7 泵流量不能判別電磁流量計(jì)是否準(zhǔn)確
用戶在使用電磁流量計(jì)的過(guò)程中，經(jīng)常有以泵流量大小評(píng)定電磁流量計(jì)是否準(zhǔn)確的現(xiàn)象。但是，泵流量不能判別電磁流量計(jì)是否準(zhǔn)確。
⑴
泵銘牌規(guī)定的流量值和揚(yáng)程值，應(yīng)是代表泵能力的標(biāo)稱值，實(shí)際工況下，泵流量因揚(yáng)程、效率、功率和管網(wǎng)負(fù)荷等變化而變化。
⑵
C級(jí)泵流量可能達(dá)到±8%的允差。
⑶ 多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行，匯入總管的流量不一定等于各泵流量的總和。
8 測(cè)量電極污染防護(hù)
電極的污染對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量精度影響到何種程度，很難定量給出。
⑴
在流體介質(zhì)可能造成沉積物而污染電極時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)和安裝方面，選擇合適的流速（選定管道口徑）和安裝方式，避免造成過(guò)多的沉積物。
⑵
電極污染物理上表現(xiàn)為電極測(cè)量回路的信號(hào)輸入阻抗增加或減少，只要阻抗不超過(guò)某一界限，對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量不會(huì)有副作用。高輸入阻抗（1011Ω）差動(dòng)放大器設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠避免因電極污染（阻抗增加）的影響。知名品牌的電磁流量計(jì)均能達(dá)到此技術(shù)指標(biāo)，因此，在供水行業(yè)中，電極污染不是電磁流量計(jì)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題。
9 系統(tǒng)防雷
雷電主要有兩種形式：一種是不同帶電云層間的放電，另一種是云層對(duì)地的放電，后者是雷害的主要根源，直接雷擊、雷電靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)是造成儀表?yè)p壞的主要因素。儀表防雷的目的不是避免雷擊，而是為了保護(hù)儀表不被雷擊電波損壞。
制造廠在電磁流量計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)流量計(jì)系統(tǒng)的防雷和抗干擾考慮了一定的防護(hù)措施。如：電源部分加裝瞬態(tài)抑制二級(jí)管或放電管；電源、信號(hào)輸入/輸出電氣隔離；數(shù)字通訊接口采用抗雷擊器件；傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的信號(hào)連接電纜采用三重屏蔽；要求流量計(jì)系統(tǒng)良好接地等。但是，在雷電頻繁與強(qiáng)烈的地區(qū)，用戶應(yīng)采取進(jìn)一步的措施：
⑴ 電源輸入端加裝1:1變壓器和避雷器,避免電源被擊穿。
⑵ 信號(hào)模擬輸出加裝避雷器。
⑶
流量計(jì)系統(tǒng)接地一定要良好，且保證接液地與大地良好連接，避免管線和流體介質(zhì)傳導(dǎo)的雷擊電流流過(guò)儀表本體。
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