電磁流量計是基于法拉第電磁感應原理設計制造的,是一種計量導電介質體積流量的速度式儀表。通常電磁流量計與介質接觸的內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的變化:這種簡單的無可動部件的內腔結構,猶如一根普通的圓筒形流體管道,因而不產生任何壓損:也不會被某些介質中的懸浮物及固態雜質所阻塞。
電磁流量計產生的電極信號幅度與流體的流速成正比,因而電子電路經放大處理后得到的流量數據,線性度非常理想。
電磁流量計測量精度高,量程比寬,重復性和線性均十分優良;通常可測量流速在0.3m/s~12m/s各種導電介質;可以雙向計量。測量介質可以是單一溶液,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物質被計量為液體體積罷了,當然,這些氣泡和固態物質將增加計量介質體積流量的誤差。被計量的導電介質是清水,也可以是污水;工業中的各種液態酸、堿、鹽幾乎均導電,因而可以用電磁流量計計量。各種導電的液態有機化工產品,食品工業中的醬油和醋、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。只是各種腐蝕性強的介質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襯。混有氣泡和固態物質的醬料需采用特殊的計算方法來減少計量的誤差。
電磁流量計性能優良,檢測介質各類**,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雜,勵磁功率較大,整機功耗需15VA~25VA左右,因而需市電(AC220V)或專用安全的電源(DC24V)供電。由于電子技術突飛猛進的發展,以前處理滿量程為2~3mV的電磁流量信號是關鍵的“**技術手段”,現在已經可以精密處理滿另一種為0.1mV的電磁流量信號了,動態分辨率可以低至土0.00003mV,這種新技術功耗極低,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用時還是有較大的區別,我們下面來簡單的評述:
1、使用領域
電磁流量計使用**,主要適用工業生產中各種導電介質的流量連續計量和生產工藝控制領域、科學研究的計量測控領域。
電磁水表以計量清水、原水為主。在市政領域得到**使用,它主要解決水源和城鄉供水的計量、統計、分析、結算功能。
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%)
電磁流量計生產廠商大都可以提供DN20~DN500的商品,規模較大的**廠商可以提供DN10~DN3000的電磁流量計;DN25~DN600規格的銷售數量ZUI多市場銷售ZUI多的電磁水表口徑在DN40~DN300,少數**的跨國**廠商能生產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,均應保證土0.5%的精度。作為電磁流量計,考慮使用的經濟性,常將Qmax選在5~8.5m/s流速范圍內,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量程范圍內的誤差小于士0.3%。
電磁水表的ZUI高測量流速可達15m/s左右,通常電磁水表的流量點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準,是一種強制執行的標準。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)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)的1/4~1/10。電磁流量計沒有始動流量的概念。
5、重復性
重復性是各種流量儀表的重要質量指標。對于電磁流量計,其重復性指標為精度的1/3,例如0.5級精度的電磁流量計,其重復性應優于士0.16%:0.2級表的重復性應優于土0.06%。作為電磁流量計來講,其ZUI重要的技術指標為精度、重復性、快速采樣和量程比。電磁水表并不把重復性作為一項考核的質量指標,它僅是一項設計和實驗指標。電磁水表ZUI重要的技術指標為精度,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,兩者均能保證長期連續的穩定運行是十分重要的。
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、穩定、準確。因電磁流量計和外界信息交流方式復雜(輸出4~20mA電流信號,0~10KC頻率信號,RS-485通信,開關量控制等),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15~25VA,這必須由市電(AC220V)和專用外電源(DC24V)供應電源。因而抗干擾、光電隔離、電磁隔離等防止電源的強電磁沖擊等技術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,可以由內部電池來連續長期供電。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,是一項難度很大的挑戰。
7、管道結構與測量直管段
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計方式。直管結構幾乎不會引起被測流場的紊亂,測量的流速基本為經濟流速(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。
電磁水表使用內裝的鋰電池供電,降低功耗增加工作壽命是其設計任務的關鍵,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。電磁水表研發人員通常用兩種方法來增強信號是提高信號的放大倍數:二是將測量段縮徑,人為提高介質流速,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定為設計原則。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近幾年設計的4~20mA電流模擬信號,可以同時進行數字通信,即可以進行HART(協議)通信
(4)RS-485通信,通常執行 Modbus RTU通信標準
(5)開關量輸出,一般有1至2路輸出控制,以執行超流量上限關閘,超流量下限開閘等工藝控制。這些通信幾乎都通過聯結儀表的電纜來與計算機、控制設備等可靠的聯結,以保證計量和工藝控制的*、實時、可靠。
電磁水表主要使用在原水和城多自來水的計量、統計、分析和結算領域,幾乎沒有工藝控制要求,內部電池供應又限制它不能過多的耗電,因此通信方式比較簡潔,一般生產廠商都選下述配置中的若干方式進行通信:
(1)和傳統冷水水表一樣,可以人工抄表,因而都有液晶屏進行流量數據顯示
(2)開關量輸出。
(3)與無線通信裝置的接口,可通過無線通信設備進行聯網通信。
(4)RS-485通信和電磁流量計一樣,通常執行 Modbus RTU通信協議。
電磁水表可以采用微功耗技術來進行RS-485通信,這種方式可以使用內部鋰電池進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要求。
9、使用環境
a溫度要求
電磁流量計和電磁水表,通常要求在-20℃至55℃的溫度環境中連續、穩定、可靠的工作。某些特定領域,甚至能在70℃高溫條件下正常運行。電磁水表執行的冷水水表的標準,通常是T30和T50兩種。
b維護要求
電磁流量計通常由**人員維護和保養,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),平時幾乎處于無監管狀態,大口徑表數據值對計量結算影響巨大,因而對其設計、測試和生產制造的質量要求更高。
c防護要求
電磁流量計使用**,運行環境復雜,因而生產廠商針對不同的使用環境設計了不同的保護方法供用戶選擇,如采用IP65標準的通用型電磁流量計,僅能防護雨水的淋落,所以電磁流量計生產廠商通常會按照用戶的使用環境條件,提供相適應的防護方式產品
電磁水表測量介質比較單一,主要是潔凈的原水(如輸送的江、河、湖泊之水,井水及地下水)和城鄉供應的清潔自來水,所用場合幾乎無危險性或爆炸性粉塵,使用環境溫度差不是太大,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,要防止電磁水表機殼密封處和通信電纜進線處的水滲漏十分重要,所以電磁水表均按潛水型設計外殼保護,為提高防護質量,至少需要達到1m水深7天的試驗要求,其防護應執行IP68標準2m水深10天以上的要求。電磁水表外殼防護目前按2m水深30天的IP68標準制造,通常應用時都是長期在水下工作的,可達到5年以上穩定可靠的防護壽命。
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