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城鎮(zhèn)供、排水重要的基礎(chǔ)設(shè)施之中，經(jīng)常會(huì)涉及到水量的計(jì)量，而電磁流量計(jì)是最常見(jiàn)的計(jì)量設(shè)備之一。自來(lái)水廠的進(jìn)水、出水管道上會(huì)安裝電磁流量計(jì)用作貿(mào)易結(jié)算，投加水處理藥劑的管道上也會(huì)安裝電磁流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確加藥。供水、排水管網(wǎng)上同樣會(huì)安裝電磁流量計(jì)監(jiān)測(cè)流量。電磁流量計(jì)合理的選型就顯的非常重要，它能保證其測(cè)量的精確度、穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命。本文就選型問(wèn)題、實(shí)際應(yīng)用案例，做初淺的分析。
電磁流量計(jì)原理為法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向按“弗萊明右手定則”，其值如下式：
電磁流量計(jì)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(cè)量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測(cè)量管，一對(duì)電極裝在測(cè)量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢(shì)，送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。
若電纜連接線很短，安裝在流量計(jì)殼體內(nèi)，傳感器與轉(zhuǎn)換器組成一體為一體型流量計(jì)，若傳感器與轉(zhuǎn)換器分開(kāi)獨(dú)立安裝，兩者之間用電纜連接，則稱(chēng)分體型電磁流量計(jì)。流量計(jì)需安裝在被測(cè)介質(zhì)的管道上，可能置于在井下等工況較差的環(huán)境，存在被水浸泡、風(fēng)吹日曬的可能。傳感器部分防護(hù)等級(jí)通常能達(dá)到IP68，但是轉(zhuǎn)換器部分只能達(dá)到IP65/66，故水行業(yè)大部分電磁流量計(jì)都會(huì)選擇分體式，轉(zhuǎn)換器和傳感器中間采用電纜線連接。電磁流量計(jì)選型原則應(yīng)遵循在滿(mǎn)足測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的工況條件，達(dá)到流量計(jì)的精度與功能，性?xún)r(jià)比最高的。主要有工況、轉(zhuǎn)換器、電纜線和傳感器四個(gè)選型要素。
（1）滿(mǎn)足被測(cè)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(cè)量非導(dǎo)電介質(zhì),如氣體、油類(lèi)。
這個(gè)條件在水務(wù)行業(yè)一般都能滿(mǎn)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(shí)候考慮低電導(dǎo)率使用專(zhuān)用電磁流量計(jì)。
（2）選擇合適口徑的傳感器
電磁流量計(jì)實(shí)質(zhì)是測(cè)量介質(zhì)的流速，它是速度式流量計(jì)。一般電磁流量計(jì)推薦流速在0.3m/s-5m/s，在這個(gè)范圍內(nèi)，流量計(jì)測(cè)量精度高、線性好、水力損耗小、介質(zhì)對(duì)流量計(jì)傳感器襯里和電極的磨損也較小。以某品牌電磁流量計(jì)選型樣本提供的流速曲線為例（見(jiàn)圖3），可以看出流量越小、流速越慢，測(cè)量誤差越大，曲線在0.3m/s處存在拐點(diǎn)。
得出圖3的流速曲線有一個(gè)前提條件，就是保證流量計(jì)前后直管段的要求。為了使流過(guò)傳感器介質(zhì)流態(tài)穩(wěn)定，測(cè)量精度不受流速分布影響，通常對(duì)流量計(jì)直管段長(zhǎng)度要求上游10D、下游5D（D為電磁流量計(jì)口徑），如圖4所示。直管段是從電磁流量計(jì)傳感器中點(diǎn)算起，并是不很多人以為的法蘭連接處算起。所以在有些流速偏低工況下，為了使電磁流量計(jì)工作在合適的流速范圍，允許有一定的壓力損失時(shí)，可以選擇流量計(jì)傳感器的口徑小于管道口徑，在儀表前后增加異徑管，提高介質(zhì)流速。異徑管的中心錐角α不大于15°，可以視為直管，如圖5。
轉(zhuǎn)換器接收傳感器微弱的電壓信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換將被測(cè)介質(zhì)的瞬時(shí)流量、累積流量等信息顯示，并具有通訊接口輸出流量計(jì)各種數(shù)據(jù)。
（1）精度等級(jí)選擇
一般流量計(jì)廠家都會(huì)有不同精度的轉(zhuǎn)換器可供選擇，精度越高價(jià)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(chǎng)合會(huì)選配高精度轉(zhuǎn)換器，在水處理藥劑投加等場(chǎng)合會(huì)選配相對(duì)精度低、性?xún)r(jià)比合適的轉(zhuǎn)換器。
（2）供電方式選擇
根據(jù)流量計(jì)不同安裝場(chǎng)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(jì)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(lái)輸出瞬時(shí)流量、累計(jì)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(kāi)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(jià)格也相應(yīng)的更貴。
3.1.3
電纜線選型
電纜線一般有兩根，一根信號(hào)電纜：將傳感器電極信號(hào)傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器輸入端；另一根勵(lì)磁電纜：給傳感器勵(lì)磁線圈供電。針對(duì)IP68的傳感器，選擇合適的電纜線長(zhǎng)度就顯得尤為重要。電纜線太短，需要加長(zhǎng)電纜線以及相應(yīng)的接線盒、密封膠水；電纜線太長(zhǎng)，增加成本、穿線施工難度、受信號(hào)干擾的可能性等。多少長(zhǎng)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(shí)候，電容效應(yīng)會(huì)使電路電壓發(fā)生改變。
Ei 傳輸時(shí)轉(zhuǎn)換器輸入端流量信號(hào)；
Ri 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(hào)；
當(dāng)Ri＞＞r，C0（連接電纜二線間分布電容）很小時(shí)，Ei≈E；當(dāng)介質(zhì)電導(dǎo)率很低，轉(zhuǎn)換器輸入電壓衰減Ei，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(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率低，傳感器與轉(zhuǎn)換器間距長(zhǎng)時(shí)，使用多重屏蔽電纜的概率越高。
以某品牌電磁流量計(jì)選型樣本提供的電導(dǎo)率和電纜長(zhǎng)度曲線為例，其中A型電纜為雙芯雙屏蔽DS300、B型電纜為雙芯三屏蔽BTS300。像浙江省一般水庫(kù)原水電導(dǎo)率在100us/cm左右，安裝所需電纜線小于100米，選A型即可，超過(guò)100米，需要選B型。傳感器由導(dǎo)管、襯里、電極、線圈、外殼、法蘭和接線盒組成。其中襯里、電極直接和介質(zhì)接觸，需要根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的物理化學(xué)特性選型。
（1）材質(zhì)選型
電極對(duì)被測(cè)量介質(zhì)的耐腐、抗磨蝕、無(wú)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(lèi)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(lái)確定。浙江某自來(lái)水廠用于計(jì)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(shí)間后，出現(xiàn)傳感器故障，返廠檢測(cè)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(jiàn)表2。
（2）形式選型
不同廠家會(huì)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(dòng)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(guò)水流自清洗。在容易積垢的場(chǎng)合，如自來(lái)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(duì)口徑有要求，一般需要口徑大于DN350。對(duì)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(jì)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(gè)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(lái)水、污廢水。
聚氨酯橡膠有極好的耐磨耗性，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(kāi)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(cè)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(shí)也需要考慮，如處理印染廢水，水溫會(huì)比較高。
水行業(yè)中電磁流量計(jì)傳感器和管道的連接基本采用法蘭連接。
法蘭有國(guó)標(biāo)、德標(biāo)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、美標(biāo)等，因流量計(jì)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(jí)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(jì)的更換，則法蘭壓力等級(jí)一定要和初始流量計(jì)一致；2）如果是新裝流量計(jì)，則根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，流量計(jì)、管道和伸縮節(jié)選擇匹配壓力等級(jí)?？趶酱笥贒N1200的流量計(jì)標(biāo)配壓力等級(jí)通常為PN6，會(huì)與現(xiàn)場(chǎng)管道常規(guī)的PN10不一致，需要注意。另如水庫(kù)出水流量計(jì)，選型時(shí)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水位落差，提高法蘭壓力等級(jí)。
法蘭材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼等可供選擇。
另現(xiàn)在有流量計(jì)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(shí)必定會(huì)用到，同樣需要根據(jù)介質(zhì)進(jìn)行合適選擇，不然會(huì)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(jì)密封墊片需要采用氟橡膠。
當(dāng)工藝管道為塑料或絕緣襯里金屬管時(shí)，需安裝接地環(huán)，以便電磁流量計(jì)取得參考電位。原則上接地環(huán)材質(zhì)需要和電極材質(zhì)一致。對(duì)于小口徑電磁流量計(jì)，接地環(huán)的價(jià)格基本是能夠接受的，即使是貴金屬材質(zhì)。但是對(duì)于較大口徑的產(chǎn)品，如果涉及到必須使用貴金屬材質(zhì)的接地環(huán)，如鉭、鉑等，則價(jià)格非常昂貴。這種情況下可以考慮使用以PTFE為主體，上附貴金屬絲或金屬條的接地環(huán)，不過(guò)這種形式的接地環(huán)因接觸面積變小，接地效果一般。另外如果需要使用哈氏合金電極的工況，可以配活性比哈氏合金更高的316L接地環(huán)，讓介質(zhì)先腐蝕316L接地環(huán)，從而保護(hù)電極，但這種方式的問(wèn)題在于需要定期更換接地環(huán)?，F(xiàn)在有流量計(jì)廠家傳感器帶有接地電極，或者轉(zhuǎn)換器帶有虛擬接地功能，可以不需要裝接地環(huán)，具體采用哪種方式，算上價(jià)格因素綜合考慮。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水務(wù)行業(yè)常規(guī)會(huì)用到的傳感器電極和襯里材質(zhì)做一些總結(jié)。腐蝕問(wèn)題非常復(fù)雜, 工程上沒(méi)有100%確保，最好的方法是經(jīng)驗(yàn)法，經(jīng)驗(yàn)來(lái)自于使用。耐腐蝕的能力與材料的成本是成正比例的，達(dá)到壽命與成本的平衡點(diǎn)是較理想的。