一、概述： 

礦井水流量計采用新技術(shù)。利用恒流低頻三值矩形波或雙頻矩形波勵磁，既有矩形波磁場的優(yōu)點，又克服了正弦波 磁場的缺點；還可以消除電源電壓波動、電源頻率變化及勵磁線圈阻抗變化所造成的誤差；并有的零點穩(wěn)定性和不受流體噪聲干擾影響。從而具有高穩(wěn)定性、高可靠性的特點。 

二、測量原理： 

礦井水流量計根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，在與測量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對檢測電極，當(dāng)導(dǎo)電液體沿測量管軸線運動時，導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此感應(yīng)電勢由兩個檢測電極檢出，數(shù)值大小與流量成正比例，其值為：E=KBVD式中： 

E－感應(yīng)電勢； 

K－與磁場分布及軸向長度有關(guān)的系數(shù)； 

B－磁感應(yīng)強度； 

V－導(dǎo)電液體平均流速； 

D－電極間距；(測量管內(nèi)直徑) 

傳感器將感應(yīng)電勢E作為流量信號，傳送到轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大，變換濾波用一系列的數(shù)字處理后，用帶背光的點陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量。轉(zhuǎn)換器有4～20mA輸出，報警輸出及頻率輸出，并設(shè)有RS－485等通訊接口，并支持HART和MODBUS協(xié)議。 礦井水流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律用來測量導(dǎo)電性液體體積流量的儀表。它可在層流、紊流、脈動流量以及產(chǎn)生流線振動等情況下對流體進行流量測量.由于其測量管光滑,壓力損失小,測量范圍寬,反應(yīng)靈敏,能獲得與流量成比例的信號,加之其測量管直通*,便于清洗和滅菌消毒,因此它在用于特殊衛(wèi)生要求的醫(yī)藥和食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用.特別是大口徑礦井水流量計在給排水工程、港口疏流和廢水處理系統(tǒng)中更是大顯身手。

詳細(xì)介紹

自法拉第1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律后,1832年他便期望利用地球的地磁場來測量英國泰晤士河水的潮汐和流量,但試驗進行三天便失敗了。這也是早的一次礦井水流量計的試驗。

1932年,生物學(xué)家A.Kolin個成功地完成了圓形管道的礦井水流量計,可用來測量和記錄瞬時動脈血液流量。

1954年,Foxbor公司推出了一個礦井水流量計產(chǎn)品。

1955年,日本也制成了礦井水流量計,幾乎同時前蘇聯(lián)、英國、前西德也相繼試制成功.我國在1957年才開始研制礦井水流量計。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展,國內(nèi)外生產(chǎn)礦井水流量計的廠家如雨后春筍般迅速發(fā)展起來。目前國外主要廠家有:日本橫河公司(YEWMAG,ADMAG型),日立公司(FMP-51型),美國Brooks公司(Maglite,May7500系列),Foxbor公司(M800型),德國KROHNK公司(KXBO,K180,K280,以及K480型等),Endress+Hauser(Mastermag型等)等廠家。

據(jù)1994年7月《計裝》雜志報導(dǎo),美國1989年的實際流量儀表市場為7.25億美元,礦井水流量計占9.7%;日本1992年的實際流量儀表市場為591億日元,其中礦井水流量計占16.5%,僅次于差壓式流量計位于第二,足見礦井水流量計在流量計量工業(yè)中的重要地位。

標(biāo)定技術(shù)

長期以來,國內(nèi)外礦井水流量計只能用實流標(biāo)定.隨著礦井水流量計產(chǎn)品的精度、流程范圍及規(guī)格提高(達0.2級精度,1000∶1流程范圍,3m以上口徑),生產(chǎn)、使用和計量管理時標(biāo)定它的技術(shù)設(shè)備費用也越來越高.上海光華美而特儀器有限公司引進一套2m口徑的實流標(biāo)定技術(shù)設(shè)備費用近400萬馬克,標(biāo)定用的水塔高達36m,大口徑標(biāo)定設(shè)備的使用代價也很驚人,1m口徑的流量計在1m/s流速標(biāo)定時,就需要2827m3/h的水流量。目前國內(nèi)的計量管理結(jié)構(gòu)和企業(yè)就很難對礦井水流量計進行必需的校驗標(biāo)定.因此實現(xiàn)礦井水流量計的非實流標(biāo)定就具有相當(dāng)?shù)囊饬x.下面介紹一種的用靜止的電解質(zhì)溶液內(nèi)的離子電流等效實際流量的離子電流的標(biāo)定方法。

(1)設(shè)計思想

向靜止的電解質(zhì)溶液加入可控電流I,使溶液內(nèi)離子沿傳感器管道有可控速度V,于垂直磁場B的作用下在傳感器內(nèi)兩個信號電極軸向產(chǎn)生電場E.可得出在傳感器信號電極兩端的電動勢就是液體內(nèi)離子流速V在磁場和邊界條件(即傳感器的電極與管道空間關(guān)系決定的權(quán)重函數(shù))下的解;利用電解質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液淌度作流量基準(zhǔn),便可得出標(biāo)定用電解質(zhì)液體的離子速度,則對應(yīng)離子電流就可具體等效于實際流體的流量值。

(2)理論依據(jù)

對于寬度為Wm,厚度為Hm,霍爾系數(shù)為Rm3/C的矩形截面的霍爾效應(yīng)中,在離子電流I和磁場B下有霍爾電勢U∶U=(RIB)/H.改寫為U=[(R/I)/(WH)]BW,當(dāng)設(shè)V=(R/I)/(WH)時,V的量綱就是m/s,即V就是導(dǎo)電離子的截面平均流速,則有霍爾電勢為U=VBW,這即為矩形截面管道礦井水流量計傳感器電極所得的電勢形式[4].因此圓管道礦井水流量計就是基本方程在磁場、電極與管道空間關(guān)系決定權(quán)重函數(shù)條件下的電極電勢解。

離子電流標(biāo)定法能實現(xiàn)對各種口徑礦井水流量計的標(biāo)定,特別是對大口徑、高精度、寬量程的礦井水流量計標(biāo)定更具有非凡的意義。

2.2　零點穩(wěn)定性

勵磁頻率是影響礦井水流量計的動態(tài)響應(yīng)速度和零點穩(wěn)定性的主要性能指標(biāo).。勵磁頻率低,零點穩(wěn)定性高,但儀表抗低頻*力減弱,響應(yīng)速度慢;勵磁頻率高,儀表抗*力強,響應(yīng)速度快,但零點穩(wěn)定性差.很長一段時期,勵磁技術(shù)制約著礦井水流量計的發(fā)展。

(1)雙頻勵磁

1988年,日本橫河公司推出了雙頻勵磁技術(shù),由低頻(6.25Hz)矩形波和高頻(75Hz)矩形波疊加構(gòu)成勵磁電流的波形,對兩種頻率采樣,得到高頻和低頻兩種流量信號,這樣可達到零點穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快(可達0.1s)、抗低頻*力強的要求。在流量較穩(wěn)定的情況下,該方法能取得滿意的效果,但當(dāng)流量連續(xù)波動時,保證疊加后的線性度的技術(shù)難度高。

(2)零點動態(tài)相關(guān)互補法

通過兩個采樣保持器,在一個正向(或負(fù)向)激磁下動態(tài)消除信號的零點漂動值,與勵磁頻率無關(guān).這樣,可使用較高的勵磁頻率,并同時獲得穩(wěn)定的零點,也易消除流動噪聲.但必須使相關(guān)互補達到較理想時才能有較好的綜合性能指標(biāo)。

2.3　勵磁功率

勵磁功率對礦井水流量計的防爆性能和傳感器的靈敏度及感應(yīng)信號的信噪比有著重要影響。勵磁電流直接影響勵磁功率.勵磁電流小,則勵磁功率小,礦井水流量計防爆性能好,但傳感器靈敏度減小,感應(yīng)信號的信噪比下降,量程變小,精度降低。

通過零點自動動態(tài)辨識與反饋補償,可獲得較好的效果.即首先對信號進行零點漂移的動態(tài)辨識(判斷出零點漂動值以及是否是流體流速在變化),再將漂動值反饋到前級放大器,使放大器在消除零點后對信號進行高增益放大。這樣,即使對較小的勵磁電流,也能獲得響應(yīng)速度快、量程范圍大、精度高等性能指標(biāo).為礦井水流量計在防爆要求高的化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用開辟了很好的前景。

礦井水流量計的安裝及使用注意事項

1） 安裝詳細(xì)要求可查閱用戶手冊，但需注意：①滿足傳感器上游工藝直管段長度＞10 D 傳（傳感器公稱直徑）、下游直管段長度＞5 D 傳的安裝要求。②保證被測液體必須充滿傳感器測量管。傳感器若安裝在垂直管道，流體流向必須是由下而上；

若安裝在水平管道，不能滿足滿管要求時可設(shè)置U型彎。③傳感器不能安裝在可能出現(xiàn)負(fù)壓的場合，否則會使聚四氟乙烯類襯里變形而損壞流量計。

2） 接線和菜單設(shè)置查閱用戶手冊進行，并注意：①傳感器公稱直徑必須與現(xiàn)場相符，儀表系數(shù)的設(shè)置必須與傳感器的銘牌保持一致；②為了消除管道晃動、樓房振動及周圍電磁波干擾，通常進行小流量信號切除設(shè)置，一般為3%～10%；③菜單設(shè)置完畢后，維持電源在接通狀態(tài)至少30 s，否則參數(shù)設(shè)置后電源立即關(guān)閉，設(shè)置會被取消。

常見故障判斷及處理

1） 無顯示：①回路開路、端子松動或電源斷。重新接線、送電。②傳感器上箭頭與流體流動方向不一致或流體流向設(shè)置錯誤。改變安裝方向或重新設(shè)置流體流向。

2） 流量不穩(wěn)定：①流體未充滿、流體中有氣泡或存在兩相流。改變工藝條件，滿足測量要求。②接地不良或接地電阻不能滿足要求。這是運行中見故障，一般用截面積≥2 mm2的電纜接地，接地電阻≤10 Ω。③流量計附近有電焊機、變壓器或其他大功率電器工作。采取對傳感器與轉(zhuǎn)換器的連接線、轉(zhuǎn)換器的輸出信號線使用屏蔽電纜避免。

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