电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理设计制造的,是一种计量导电介质体积流量的速度式仪表。通常电磁流量计与介质接触的内腔部位为一个圆筒形直管,一对测量电极镶嵌在中部,呈对称分布;电极与介质接的部位为一对直径为6~10毫米的圆饼状薄金属,其伸出部分厚度仅2~4毫米,电极几乎不影响流态的变化:这种简单的无可动部件的内腔结构,犹如一根普通的圆筒形流体管道,因而不产生任何压损:也不会被某些介质中的悬浮物及固态杂质所阻塞。
电磁流量计产生的电极信号幅度与流体的流速成正比,因而电子电路经放大处理后得到的流量数据,线性度非常理想。
电磁流量计测量精度高,量程比宽,重复性和线性均十分优良;通常可测量流速在0.3m/s~12m/s各种导电介质;可以双向计量。测量介质可以是单一溶液,也可以是固、液混合物,也允许有气泡,只是混在液体中的气泡和固态物质被计量为液体体积罢了,当然,这些气泡和固态物质将增加计量介质体积流量的误差。被计量的导电介质是清水,也可以是污水;工业中的各种液态酸、碱、盐几乎均导电,因而可以用电磁流量计计量。各种导电的液态有机化工产品,食品工业中的酱油和醋、各种酒类等,也可计量混有块状果肉的苹果酱、混有沙石的混凝土,这些浆状混合物也可以计量。只是各种腐蚀性强的介质需配置耐腐蚀的工程材料,如橡胶、聚四氟乙烯、尼龙等做流量计的内衬。混有气泡和固态物质的酱料需采用特殊的计算方法来减少计量的误差。
电磁流量计性能优良,检测介质各类**,性价比高,目前已得到了**的使用。中国市场每年销售的各种电磁流量计目前己超过十万余台,且还在逐年增加。这是一种不容忽视的流量检测仪表,放眼**,更是如此。
一般电磁流量计由于电路复杂,励磁功率较大,整机功耗需15VA~25VA左右,因而需市电(AC220V)或专用安全的电源(DC24V)供电。由于电子技术突飞猛进的发展,以前处理满量程为2~3mV的电磁流量信号是关键的“**技术手段”,现在已经可以精密处理满另一种为0.1mV的电磁流量信号了,动态分辨率可以低至土0.00003mV,这种新技术功耗极低,完全可以电池供电。这就派生出电磁水表的市场概念:电磁水表是一种仅计量清水且由内部锂电池供电的长寿命智能型电磁流量计,由于市场定位和使用要求不同,两者的工作原理相同但应用时还是有较大的区别,我们下面来简单的评述:
1、使用领域
电磁流量计使用**,主要适用工业生产中各种导电介质的流量连续计量和生产工艺控制领域、科学研究的计量测控领域。
电磁水表以计量清水、原水为主。在市政领域得到**使用,它主要解决水源和城乡供水的计量、统计、分析、结算功能。
2、精度
电磁流量计的精度通常为士0.5%,可以提供士0.2%、士0.3%的商品。
电磁水表的精度一般为II级(Q2~Q4士2%,Q1~Q25%),可以提供1级商品(Q2~Q4士1%,Q1~Q2±3%)
电磁流量计生产厂商大都可以提供DN20~DN500的商品,规模较大的**厂商可以提供DN10~DN3000的电磁流量计;DN25~DN600规格的销售数量ZUI多市场销售ZUI多的电磁水表口径在DN40~DN300,少数**的跨国**厂商能生产DN25~DN800口径的全系列电磁水表。
4、量程范围(计量流速范围)
通常电磁流量计的介质流速测量范围为0.3m/s~12m/s,我们往往用Qmax和Qmin来定义计量范围,Qmax/Qmin(量程比)一般在20~25之间。Qmin~Qmax之间应保证精度。如DN100的0.5级表,在量程比20的情况下,在10m/h(Qmin)至200m/h(Qmax)流量范围内,均应保证土0.5%的精度。作为电磁流量计,考虑使用的经济性,常将Qmax选在5~8.5m/s流速范围内,如上述Qmax为200m/h的DN100电磁流量计,其Qmax流速为7.07m/s。厂商可以自行规定各种口径的Qmax流速,例如科隆公司的某型DN100电磁流量计,其0.5级产品的Qmax为200m/h,max/Qmin≥25:Qmax的流速为7.07m/s,在8m/h~200mh量程范围内的误差小于士0.3%。
电磁水表的ZUI高测量流速可达15m/s左右,通常电磁水表的流量点Q3选在12.55m/s流速上。电磁水表的量程范围参照冷水水表标准,是一种强制执行的标准。众所周知,冷水水表的流量范围可由Q1(ZUI小流量),Q2(分界流量),Q3(常用流量),Q4(ZUI大流量)来表述,一般情況下,其流量计量特性可由量程比Q3/Q1(R值),Q4/Q3=1.25,Q2/Q1=1.6来反映。目前****厂商的电磁水表,其Q3/Q1可达400。DN100电磁水表,Q3=250m/h(流速为13.48m/s),Q4=312.5m/h(流速为16.85m/s),Q3/Q1=250,R2/Q1=1.6,Q2=1.6m/h,Q1=1m/h。一般电磁水表的精度,用户可选1级(Q2~Q4±1%,Q1~Q2±3%)和I1级(Q2~Q4土2%,Q1~Q2士5%)。提高电磁水表的测量灵敏度(即降低Q1流量点)是电磁水表的努力方向。电磁水表的始动流量通常为ZUI小流量(Q1流量点)的1/4~1/10。电磁流量计没有始动流量的概念。
5、重复性
重复性是各种流量仪表的重要质量指标。对于电磁流量计,其重复性指标为精度的1/3,例如0.5级精度的电磁流量计,其重复性应优于士0.16%:0.2级表的重复性应优于土0.06%。作为电磁流量计来讲,其ZUI重要的技术指标为精度、重复性、快速采样和量程比。电磁水表并不把重复性作为一项考核的质量指标,它仅是一项设计和实验指标。电磁水表ZUI重要的技术指标为精度,低的始动流量,Q1流量点和量程比(Q3/Q1)。当然,对于流量计来讲,两者均能保证长期连续的稳定运行是十分重要的。
6、供电方式(功耗)
通常电磁流量计的处理速率快,处理精度高,控制要求快速、稳定、准确。因电磁流量计和外界信息交流方式复杂(输出4~20mA电流信号,0~10KC频率信号,RS-485通信,开关量控制等),隔离程度高,因而电子线路多用大量的高速电子元件,功耗可达15~25VA,这必须由市电(AC220V)和专用外电源(DC24V)供应电源。因而抗干扰、光电隔离、电磁隔离等防止电源的强电磁冲击等技术措施就十分必要电磁水表的电子线路由极**的低功耗或超低功耗的集成电路为主,计算方法为特殊的高效省电方式,因而功耗极低,可以由内部电池来连续长期供电。这样,要求电磁水表的电池工作寿命至少为5~6年。对于电磁水表而言,降低功耗提高电池工作寿命,是一项难度很大的挑战。
7、管道结构与测量直管段
电磁流量计可以由市电充分供电,因而电子元器件和电子线路的选择受功耗的影响小,选择范围广:数百毫安的励磁电流使传感器的信号输出幅度也较大,因而不必对流体额外加速以增强信号幅值。
电磁流量计的测量腔为直管,工艺简单,加工成本低,是电磁流量计测量腔体的普遍设计方式。直管结构几乎不会引起被测流场的紊乱,测量的流速基本为经济流速(ZUI高流速低于8m/s左右),高速采样率又可及时修正各种流场变化带来的误差,所以电磁流量计的直管段为前5D和后3D就可以满足计量的精度要求。
电磁水表使用内装的锂电池供电,降低功耗增加工作寿命是其设计任务的关键,因而只能采用较低的励磁电流(通常它的励磁电流仅为电磁流量计的十分之一左右,甚至更低)这样传感器的有效输出信号幅值就很微弱。电磁水表研发人员通常用两种方法来增强信号是提高信号的放大倍数:二是将测量段缩径,人为提高介质流速,这将大幅提升流量信号。因此,电磁水表的测量腔体几乎都采用缩径工艺,一般缩径为原标称口径的70%~80%左右,缩径率以不显著影响仪表的压损并且不显著改变流场的稳定为设计原则。电磁水表的缩径工艺有一定的整流作用,在一定的情况下可免前后直管段安装
8、仪表通信
电磁流量计使用**,计量方式和流量控制方式种类繁杂,因而通信方式比较丰富般生产厂商都有下述配置:
(1)定量脉冲输出,如输出一个脉冲代表1m/h流量(可选0.1m/h,甚至0.01m/h)
(2)频率输出,表示输出0~10KH2频率范围代表0~Qmax流量。
(3)输出4~20mA电流,通常表示瞬时量为Qmin~Qmax近几年设计的4~20mA电流模拟信号,可以同时进行数字通信,即可以进行HART(协议)通信
(4)RS-485通信,通常执行 Modbus RTU通信标准
(5)开关量输出,一般有1至2路输出控制,以执行超流量上限关闸,超流量下限开闸等工艺控制。这些通信几乎都通过联结仪表的电缆来与计算机、控制设备等可靠的联结,以保证计量和工艺控制的*、实时、可靠。
电磁水表主要使用在原水和城多自来水的计量、统计、分析和结算领域,几乎没有工艺控制要求,内部电池供应又限制它不能过多的耗电,因此通信方式比较简洁,一般生产厂商都选下述配置中的若干方式进行通信:
(1)和传统冷水水表一样,可以人工抄表,因而都有液晶屏进行流量数据显示
(2)开关量输出。
(3)与无线通信装置的接口,可通过无线通信设备进行联网通信。
(4)RS-485通信和电磁流量计一样,通常执行 Modbus RTU通信协议。
电磁水表可以采用微功耗技术来进行RS-485通信,这种方式可以使用内部锂电池进行供电由于省掉外供电的2根电缆,通信只需2根电缆连接。
(5)红外通讯,这是一种功耗较低的无线双向通讯方式,容易满足苛刻的安装在井下和水中的电磁水表的防护要求。
9、使用环境
a温度要求
电磁流量计和电磁水表,通常要求在-20℃至55℃的温度环境中连续、稳定、可靠的工作。某些特定领域,甚至能在70℃高温条件下正常运行。电磁水表执行的冷水水表的标准,通常是T30和T50两种。
b维护要求
电磁流量计通常由**人员维护和保养,且往往有周期性(一年左右)的测试和维电磁水表检测周期较长(2年左右),平时几乎处于无监管状态,大口径表数据值对计量结算影响巨大,因而对其设计、测试和生产制造的质量要求更高。
c防护要求
电磁流量计使用**,运行环境复杂,因而生产厂商针对不同的使用环境设计了不同的保护方法供用户选择,如采用IP65标准的通用型电磁流量计,仅能防护雨水的淋落,所以电磁流量计生产厂商通常会按照用户的使用环境条件,提供相适应的防护方式产品
电磁水表测量介质比较单一,主要是洁净的原水(如输送的江、河、湖泊之水,井水及地下水)和城乡供应的清洁自来水,所用场合几乎无危险性或爆炸性粉尘,使用环境温度差不是太大,看似其防护要求比较容易解决,而实际上电磁水表往往安装在井下潮湿场所,管道渗漏及雨雪天气又可将电磁水表泡在水中,要防止电磁水表机壳密封处和通信电缆进线处的水渗漏十分重要,所以电磁水表均按潜水型设计外壳保护,为提高防护质量,至少需要达到1m水深7天的试验要求,其防护应执行IP68标准2m水深10天以上的要求。电磁水表外壳防护目前按2m水深30天的IP68标准制造,通常应用时都是长期在水下工作的,可达到5年以上稳定可靠的防护寿命。
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