流量測(cè)量技術(shù)是發(fā)展得比較早、且至今仍在迅速發(fā)展的學(xué)科，流量測(cè)量在工業(yè)、商業(yè)、交通等各個(gè)部門(mén)均有極廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程各種參數(shù)（如壓力、溫度、液位等）的測(cè)量中，以流量測(cè)量zui為復(fù)雜，也是較難準(zhǔn)確測(cè)量的參數(shù)。因而引起眾多學(xué)者對(duì)流量測(cè)量進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)，研制出數(shù)十種原理各異的流量測(cè)量?jī)x表，提供給用戶(hù)，滿(mǎn)足了大量流量測(cè)量任務(wù)的需要。

      隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，流量測(cè)量所面臨的任務(wù)越來(lái)越繁重，要求也越來(lái)越高，再有，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，為減少污染，必須對(duì)排放的污水、污泥等進(jìn)行計(jì)量和控制。這些排放物多含有顆粒、雜質(zhì)、油珠，呈多項(xiàng)混合狀態(tài)，且輸送管線(xiàn)多為地下，一般儀表很難完成測(cè)量任務(wù)，這就需要尋找更切合實(shí)際的方法。在污水流量?jī)x表的正確選型之前，首先介紹3種可能選用的流量?jī)x表的特點(diǎn)。

      1 3種流量?jī)x表的特點(diǎn)

      1.1 節(jié)流裝置

      標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、文丘里噴嘴，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括1/4圓噴嘴、雙重孔板、圓缺孔板。不同的節(jié)流裝置有不同的界限雷諾數(shù)。由zui小流量算出的zui小雷諾數(shù)必須大于所選的節(jié)流裝置的界限雷諾數(shù)，這時(shí)的流量系數(shù)才為常數(shù)，這是基本條件。然后再根據(jù)工藝所要求的允許壓力損失和節(jié)流裝置前、后的zui小直管段來(lái)zui后選擇何種節(jié)流裝置。一般情況下，上游和下游直管段分別為15D和5D。

      一般情況下，推薦下列差壓值。

      低壓氣體——差壓范圍在1~4kPa時(shí)，宜采用1.6kPa；液體——差壓范圍在16~40kPa時(shí)，宜采用25kPa；中高壓氣體及蒸汽——差壓范圍在40~100kPa，宜采用60kPa。

      節(jié)流裝置一般安裝在水平管道上，若要安裝在垂直管道上，則氣體、飽和水蒸汽、濕氣體的流向宜自上而下；液體的流向必須自下而上。

      節(jié)流裝置必須與差壓變送器或差壓流量變送器配套使用，其測(cè)量管路系統(tǒng)較為復(fù)雜，同時(shí)隨著節(jié)流裝置節(jié)流孔逐漸磨損，而改變了原設(shè)計(jì)計(jì)算的流量系數(shù)，以致造成測(cè)量誤差的增大。流體密度和黏度的改變，也會(huì)造成測(cè)量誤差的增大。

      1.2 電磁流量計(jì)（管道式）

      適用于電導(dǎo)率大于5μS/cm的導(dǎo)電液體。介質(zhì)的zui高壓力為4MPa，介質(zhì)的溫度范圍-60~180℃。具有測(cè)量精度高、量程比大（zui大可達(dá)1000:1）、系統(tǒng)無(wú)壓力損失、附加功能多等特點(diǎn)。前后直管段為5D和2D。電磁流量計(jì)的傳感器zui高防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP68（潛水型），有普通型、隔爆型和本安型三類(lèi)產(chǎn)品。

      電磁流量計(jì)可以在任意管道上安裝，但是電磁流量計(jì)測(cè)量電極的軸線(xiàn)必須保持水平方向，且與管道中心線(xiàn)互相垂直。電磁流量計(jì)的傳感器一定要安裝在不產(chǎn)生氣體的管道上，同時(shí)液體必須充滿(mǎn)管道。

      1.3 超聲波流量計(jì)（夾持型）

      1997年插入式超聲波流量計(jì)還沒(méi)有推入市場(chǎng)，夾持型是超聲波流量計(jì)的主流產(chǎn)品。它適用于能傳播超聲波的均勻液體和流速較高的氣體。介質(zhì)溫度范圍-10~100℃，介質(zhì)壓力不受限制。具有量程比寬，不受流體的黏度、密度的影響、能測(cè)強(qiáng)腐蝕介質(zhì)等特點(diǎn)。前后直管段為10D和5D。

      超聲波流量計(jì)的探頭要求與管壁緊密安裝，不能有空氣泡及沙礫。探頭的安裝方式共有四種：分別稱(chēng)為V法、Z法、N法、M 法。V法為標(biāo)準(zhǔn)安裝方法，Z法適用于大管徑測(cè)量，N法和M 法適用于小管徑測(cè)量。管道內(nèi)壁的粗糙度、結(jié)垢以及介質(zhì)含有顆粒、氣泡等均對(duì)流量計(jì)的精度有很大影響。

      2 流量計(jì)選型一般考慮的問(wèn)題

      1）被測(cè)流體的類(lèi)型（液體、氣體、蒸汽等）、狀態(tài)（清的、臟的、漿液等）及性質(zhì)（有腐蝕性、無(wú)腐蝕性等）。
      2）工藝過(guò)程操作條件及溫度壓力的界限值。
      3）流量計(jì)的安裝條件：管道的口徑尺寸，上游能提供的直管段，管道是否過(guò)量振動(dòng)，環(huán)境的溫度和濕度等。
      4）儀表精度和量程的選用。
      5）經(jīng)濟(jì)性。
      6）儀表的日常維護(hù)和可靠性。

      3 流量計(jì)的選型

      根據(jù)選型原則和對(duì)3種儀表的主要性能的比較（見(jiàn)表1）。對(duì)煉油污水進(jìn)行流量測(cè)量選用電磁流量計(jì)zui為適合。1997年錦州石化公司新建并投運(yùn)了1套700m³/h煉油污水處理場(chǎng)，流量測(cè)量?jī)x表主要選用開(kāi)封儀表廠(chǎng)生產(chǎn)的E-mag分離型電磁流量計(jì)，運(yùn)行至今效果良好。

      4 E-mag電磁流量計(jì)

      4.1 傳感器的基本原理和結(jié)構(gòu)

      由電磁感應(yīng)定律可知，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而切割磁力線(xiàn)時(shí)，在導(dǎo)體中就會(huì)有感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生。同理，導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)而切割磁力線(xiàn)時(shí)，也會(huì)在兩電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，并存在如下關(guān)系。

      E_x=BDν×10^-12                          （1）

      式中 E_x--感應(yīng)電勢(shì)，V；
             B-- 磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；
             D-- 管道直徑，即導(dǎo)體垂直切割磁力線(xiàn)的長(zhǎng)度，cm；
             ν--液體平均流速，cm/s。

      體積流量qv（cm³/s）與流速的關(guān)系為

                                  （2）

      將式（2）代人式（1）得

      E_x=（4×10^-12 B/D）q_v=kq_v       （3）

      在D已確定并維持B不變時(shí)，k 就是一個(gè)常數(shù)，這時(shí)感應(yīng)電勢(shì)則與體積流量具有線(xiàn)性關(guān)系。因此，在管道兩側(cè)（導(dǎo)管式）各插入一根電極，便可以引出感應(yīng)電勢(shì)，經(jīng)轉(zhuǎn)換器運(yùn)算放大，就可以顯示流量的大小。

      為了避免磁力線(xiàn)被測(cè)量導(dǎo)管的管壁短路，并使測(cè)量導(dǎo)管在較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)中盡可能地降低渦流損耗，E-mag 的測(cè)量導(dǎo)管由非導(dǎo)磁的不銹鋼材料制成。

      用不銹鋼等導(dǎo)電材料做導(dǎo)管時(shí)，在測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)壁與電極之間必須有絕緣襯里，以防止感應(yīng)電勢(shì)被短路。E-mag 電磁流量計(jì)為了防止導(dǎo)管被腐蝕并使內(nèi)壁光滑，在整個(gè)測(cè)量?jī)?nèi)壁涂上了絕緣襯里。襯里材料視工作溫度、介質(zhì)腐蝕性的不同而不同，可選用橡膠、聚氨酯、聚丙稀等。

      4.2 轉(zhuǎn)換器的基本原理和使用

      電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器采用新穎的勵(lì)磁方式，使流量計(jì)具有*的零點(diǎn)穩(wěn)定性和測(cè)量度。轉(zhuǎn)換器向傳感器提供的雙向恒流驅(qū)動(dòng)電流，以驅(qū)動(dòng)傳感器勵(lì)磁線(xiàn)圈。本身工作頻率由單片機(jī)控制，不受電源頻率變化的影響。勵(lì)磁電路在磁場(chǎng)反向時(shí)由能量恢復(fù)系統(tǒng)提供一個(gè)高的反向電壓，加速克服反向時(shí)的磁場(chǎng)阻力。

      由傳感器測(cè)得的微弱感應(yīng)電勢(shì)，輸人至轉(zhuǎn)換器的測(cè)量系統(tǒng)。經(jīng)高輸人阻抗放大器放大、濾波和自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整及增益控制后，經(jīng)高性能、高精度信號(hào)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。單片機(jī)將數(shù)字信號(hào)采樣后，計(jì)算出流速以及期望得到的各測(cè)量值、模擬輸出、脈沖輸出值等。LCD液晶顯示器可顯示各測(cè)量值。為了減小信號(hào)衰減，提高精度，分離型流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器和傳感器之間采用STT3200信號(hào)電纜。

      為了使轉(zhuǎn)換器能夠理想地工作，還要對(duì)它進(jìn)行菜單編程，菜單結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過(guò)轉(zhuǎn)換器上的4個(gè)操作按鍵，可方便地調(diào)出編程菜單，輸入?yún)?shù)，確認(rèn)即可。例如，需要轉(zhuǎn)換器模擬輸出4~20mA，通過(guò)按鍵調(diào)出菜單，操作過(guò)程如圖1所示。

      通過(guò)以上的操作，就可以得到1個(gè)模擬4~20mA輸出信號(hào)。通過(guò)編程可以對(duì)流量量程、脈沖輸出、總量累計(jì)、報(bào)警點(diǎn)設(shè)置、傳感器參數(shù)等進(jìn)行設(shè)定。為了保證儀表的正常工作，對(duì)于一般參數(shù)采取一級(jí)保護(hù)；對(duì)于重要參數(shù)如傳感器參數(shù)等進(jìn)行二級(jí)保護(hù)，分別設(shè)置保護(hù)密碼。

      這種智能型轉(zhuǎn)換器在開(kāi)車(chē)過(guò)程中起到了很大作用。裝置運(yùn)行初期，流量變化較大。工藝要求在生化池中培養(yǎng)活性污泥，污水主要打回流，以增加停留時(shí)間。這時(shí)回流量變得很大，而儀表量程是按穩(wěn)定狀態(tài)下設(shè)計(jì)的，儀表瞬時(shí)流量值已經(jīng)超出zui程范圍。電磁流量計(jì)的量程比可達(dá)1000:1，在測(cè)量范圍內(nèi)量程可通過(guò)轉(zhuǎn)換器改變。于是筆者對(duì)轉(zhuǎn)換器重新編程，把量程設(shè)置在合理范圍，使流量測(cè)量達(dá)到滿(mǎn)意效果。當(dāng)生產(chǎn)流程運(yùn)行穩(wěn)定后，再將量程改回即可。

      4.3 電磁流量計(jì)的安裝^［1］

      4.3.1 傳感器的安裝

      為了使儀表可靠測(cè)量，安裝時(shí)要注意以下幾點(diǎn)。

      1）為使傳感器測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)始終充滿(mǎn)流體，傳感器可安裝在U型管道zui低部位。
      2）保證傳感器前后直管段分別不小于5D和2D。
      3）如果垂直或傾斜安裝，流體一般應(yīng)自下而上流動(dòng)。
      4）應(yīng)保證測(cè)量管與工藝管道同軸。
      5）為防止襯里磨損，可在傳感器進(jìn)口加裝進(jìn)口保護(hù)法蘭（廠(chǎng)家可提供）。
      6）應(yīng)避免強(qiáng)烈振動(dòng)和過(guò)大的溫度變化。
      7）安裝場(chǎng)所的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)小于400A/m。

      4.3.2 電氣接線(xiàn)

      為了保證測(cè)量精度，傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的接線(xiàn)應(yīng)注意以下問(wèn)題。

      1）在確認(rèn)電纜型號(hào)后，按規(guī)定進(jìn)行接線(xiàn)，接線(xiàn)應(yīng)正確、牢靠。
      2）電纜剝線(xiàn)時(shí)，注意不要損傷應(yīng)保留的絕緣層。對(duì)流量信號(hào)線(xiàn)，只要可以接線(xiàn)，就盡量少剝屏蔽層。
      3）連接傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的電纜采用STT3200，兩同軸電纜的內(nèi)層屏蔽泄漏線(xiàn)絞合后，應(yīng)套上絕緣套管，然后再接至SIGGND（信號(hào)地）端。對(duì)黑色半導(dǎo)體層應(yīng)從根部切除，以免影響其他接線(xiàn)。
      4）傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的電纜長(zhǎng)度一般不超過(guò)100m。

      5 結(jié)束語(yǔ)

      通過(guò)對(duì)E-mag電磁流量計(jì)的實(shí)際應(yīng)用，筆者總結(jié)出以下特點(diǎn)。

      1）測(cè)量不受流體密度、黏度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響；
      2）測(cè)量管內(nèi)*流動(dòng)部件，無(wú)壓損，直管段要求較低；
      3）傳感器有法蘭型及夾持型，其襯里和電極材料有多種選擇；
      4）SMART轉(zhuǎn)換器采用勵(lì)磁方式，功耗低、零點(diǎn)穩(wěn)定、度高；量程比可達(dá)1000:1；
      5）轉(zhuǎn)換器采用16位高性能微處理器，參數(shù)設(shè)定方便，編程可靠；
      6）流量計(jì)為雙向測(cè)量系統(tǒng)，內(nèi)裝3個(gè)積算器：正向流量、反向流量及差值量累積；可顯示正、反流量，并具有多種輸出：電流、脈沖、HART通訊信號(hào)；
      7）橡膠和聚氨酯襯里傳感器為本質(zhì)沉浸結(jié)構(gòu)；
      8）可用于相應(yīng)的防爆場(chǎng)所。

      E-mag電磁流量計(jì)在污水處理廠(chǎng)中使用后，一直運(yùn)行良好，操作人員反映讀數(shù)準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單。不但為裝置達(dá)標(biāo)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，還為電磁流量計(jì)在該公司的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。