水務(wù)行業(yè)電磁流量計選型及應(yīng)用淺析

城鎮(zhèn)供、排水重要的基礎(chǔ)設(shè)施之中，經(jīng)常會涉及到水量的計量，而電磁流量計是見的計量設(shè)備之一。自來水廠的進(jìn)水、出水管道上會安裝電磁流量計用作貿(mào)易結(jié)算，投加水處理藥劑的管道上也會安裝電磁流量計來實(shí)現(xiàn)精確加藥。供水、排水管網(wǎng)上同樣會安裝電磁流量計監(jiān)測流量。電磁流量計合理的選型就顯的非常重要，它能保證其測量的精確度、穩(wěn)定性、長壽命。本文就選型問題、實(shí)際應(yīng)用案例，做初淺的分析。
電磁流量計原理為法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中切割磁力運(yùn)動時在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，電動勢的方向按“弗萊明右手定則”，其值如下式：

電磁流量計由傳感器、轉(zhuǎn)換器和電纜線組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，傳感器測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢，送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。

（1）滿足被測量介質(zhì)的電導(dǎo)率要求

介質(zhì)電導(dǎo)率限制條件為б≥ 1-5us/cm（б水>20us/cm），不能測量非導(dǎo)電介質(zhì),如氣體、油類。

這個條件在水務(wù)行業(yè)一般都能滿足，但隨著水處理工藝的改進(jìn)，有些水廠采用膜處理工藝，出水電導(dǎo)率較低，需要在選型的時候考慮低電導(dǎo)率使用專用電磁流量計。

（2）選擇合適口徑的傳感器

電磁流量計實(shí)質(zhì)是測量介質(zhì)的流速，它是速度式流量計。一般電磁流量計推薦流速在0.3m/s-5m/s，在這個范圍內(nèi)，流量計測量精度高、線性好、水力損耗小、介質(zhì)對流量計傳感器襯里和電極的磨損也較小。以某品牌電磁流量計選型樣本提供的流速曲線為例（見圖3），可以看出流量越小、流速越慢，測量誤差越大，曲線在0.3m/s處存在拐點(diǎn)。

轉(zhuǎn)換器接收傳感器微弱的電壓信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將被測介質(zhì)的瞬時流量、累積流量等信息顯示，并具有通訊接口輸出流量計各種數(shù)據(jù)。

（1）精度等級選擇

一般流量計廠家都會有不同精度的轉(zhuǎn)換器可供選擇，精度越高價格越貴，常規(guī)轉(zhuǎn)換器精度±0.2%～±0.5%可供選擇。一般在貿(mào)易結(jié)算場合會選配高精度轉(zhuǎn)換器，在水處理藥劑投加等場合會選配相對精度低、性價比合適的轉(zhuǎn)換器。

（2）供電方式選擇

根據(jù)流量計不同安裝場合，可根據(jù)需要選擇電池、AC100 - 230V、DC 24V等供電方式?，F(xiàn)在有流量計廠家轉(zhuǎn)換器可以自適應(yīng)電源，不論AC 230V還是DC 24V輸入都能正常工作。

（3）輸出、通訊方式選擇

一般情況下，轉(zhuǎn)換器帶有4-20mA電流、脈沖輸出等，用來輸出瞬時流量、累計流量等狀態(tài)。還可根據(jù)需要選擇Modbus、PROFIBUS-DP、Profibus-PA通訊方式，數(shù)字通訊相比于開關(guān)量或模擬量輸出，在抗干擾、傳輸距離、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性上更好，但價格也相應(yīng)的更貴。

  3.1.3

電纜線一般有兩根，一根信號電纜：將傳感器電極信號傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器輸入端；另一根勵磁電纜：給傳感器勵磁線圈供電。針對IP68的傳感器，選擇合適的電纜線長度就顯得尤為重要。電纜線太短，需要加長電纜線以及相應(yīng)的接線盒、密封膠水；電纜線太長，增加成本、穿線施工難度、受信號干擾的可能性等。多少長度的電纜線和介質(zhì)的電導(dǎo)率有關(guān)，當(dāng)介質(zhì)電導(dǎo)率很低的時候，電容效應(yīng)會使電路電壓發(fā)生改變。

E_i  傳輸時轉(zhuǎn)換器輸入端流量信號；

R_i  轉(zhuǎn)換器輸入電阻；

r  傳感器電極間電阻

E 傳感器二電極感應(yīng)流量信號；

當(dāng)R_i＞＞r，C₀（連接電纜二線間分布電容）很小時，E_i≈E；當(dāng)介質(zhì)電導(dǎo)率很低，轉(zhuǎn)換器輸入電壓衰減E_i，而C₀分布電容并聯(lián)效應(yīng)顯著，且波形發(fā)生畸變。當(dāng)被檢測介質(zhì)電導(dǎo)率低，傳感器與轉(zhuǎn)換器間距長時，使用多重屏蔽電纜的概率越高。

（1）材質(zhì)選型

電極對被測量介質(zhì)的耐腐、抗磨蝕、無電化學(xué)反應(yīng)是選擇材質(zhì)考慮的因素。常用金屬材料有含鉬耐酸鋼、哈氏合金B(yǎng)、哈氏合金C、鈦、鉭、鉑銥合金等。由于介質(zhì)種類繁多,其腐蝕性又受溫度、濃度、流速等復(fù)雜因素影響而變化,生產(chǎn)廠僅能給出很粗略的各種電極的適用范圍。電極材質(zhì)的選擇可從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實(shí)例和以往的經(jīng)驗(yàn)來確定。浙江某自來水廠用于計量5-10%次氯酸鈉投加，電極材質(zhì)選擇了哈氏合金，在運(yùn)行使用1年多的時間后，出現(xiàn)傳感器故障，返廠檢測發(fā)現(xiàn)電極腐蝕，后我司選擇鈦電極材質(zhì)，現(xiàn)運(yùn)行情況良好。水行業(yè)常規(guī)選型詳見表2。

（2）形式選型

不同廠家會有不同形式的電極可供選擇，如刮刀電極、可更換電極、彈型電極等。刮刀電極可手動清除電極表面污垢；可更換電極可在線拆下清洗電極；彈型電極可通過水流自清洗。在容易積垢的場合，如自來水廠原水管道可考慮選用以上三種形式電極，但是帶刮刀電極的傳感器對口徑有要求，一般需要口徑大于DN350。對于刮刀電極、可更換電極在操作拆卸中存在漏水可能，需要特別注意。在現(xiàn)在有的流量計廠家轉(zhuǎn)換器有電極清洗電路(ECC)，轉(zhuǎn)換器可定期釋放電壓脈沖，避免磁性物質(zhì)在電極上的積存。在浙江省的污水廠，拆卸整個傳感器后清洗電極，效果更好。

常用襯里材料有氯丁橡膠、聚氨酯橡膠、氟塑料、陶瓷等。

氯丁橡膠用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體，如自來水、污廢水。

聚氨酯橡膠有的耐磨耗性，但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當(dāng)于天然橡膠的10倍，適用于水處理石灰、活性炭等溶液。

氟塑料主要有聚四氟乙烯、聚全氟已丙烯、聚氟合乙烯等，具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，但耐磨性，抗負(fù)壓性差。后開發(fā)各種改性材質(zhì)，如在襯里中加金屬網(wǎng)，加強(qiáng)了與測量管之間的結(jié)合力，改善了抗負(fù)壓性能，可用于水處理次氯酸鈉、PAC等溶液。

水行業(yè)常規(guī)的襯里選擇基本上就以上三種。另襯里的耐溫性能有時也需要考慮，如處理印染廢水，水溫會比較高。

水行業(yè)中電磁流量計傳感器和管道的連接基本采用法蘭連接。

法蘭有國標(biāo)、德標(biāo)、國際標(biāo)準(zhǔn)、美標(biāo)等，因流量計很多為進(jìn)口品牌，法蘭標(biāo)準(zhǔn)一定要選正確。

法蘭的壓力等級也一定要選擇正確，1）如果是舊款更換為新款、不同品牌之間流量計的更換，則法蘭壓力等級一定要和初始流量計一致；2）如果是新裝流量計，則根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求，流量計、管道和伸縮節(jié)選擇匹配壓力等級。口徑大于DN1200的流量計標(biāo)配壓力等級通常為PN6，會與現(xiàn)場管道常規(guī)的PN10不一致，需要注意。另如水庫出水流量計，選型時需要根據(jù)現(xiàn)場水位落差，提高法蘭壓力等級。

法蘭材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼等可供選擇。

另現(xiàn)在有流量計廠家還有松套法蘭安裝方式可供選擇，方便拆裝。

密封墊片在法蘭連接的安裝時必定會用到，同樣需要根據(jù)介質(zhì)進(jìn)行合適選擇，不然會發(fā)生腐蝕導(dǎo)致法蘭連接處漏液。如水廠消毒需要加次氯酸鈉的流量計密封墊片需要采用氟橡膠。