淺析污水流量計一體式在選型時(shí)應關(guān)注的參數及工況條件

1、應用概況
污水流量計一體式應用領(lǐng)域廣泛。污水流量計一體式不受溫度、壓力、粘度等外界因素的影響，測量管內部無(wú)收縮或凸出部分的造成的壓力損失，另外，流量元件檢測出的最初信號，是一個(gè)與流體平均流速成精確線(xiàn)性變化的電壓，它與流體的其他性質(zhì)無(wú)關(guān)，具有很大的優(yōu)越性。大口徑儀表較多應用于給排水工程。中小口徑常用于固液雙相等難測流體或高要求場(chǎng)所，如測量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)礦漿、選煤廠(chǎng)煤漿、化學(xué)工業(yè)強腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監漏，長(cháng)距離管道煤水力輸送流量測量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛生要求場(chǎng)所。
2、精度等級和功能
市場(chǎng)上通用型性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡(jiǎn)單。精度高儀表基本誤差為（±0.5%～±1%）R，精度低儀表則為（±1.5%～±2.5%）FS，兩者價(jià)格相差1～2倍。測量精度要求不很高場(chǎng)所（例如非貿易核算僅以控制為目，求高可*性和優(yōu)良重復性場(chǎng)所）選用高精度儀表經(jīng)濟上是不合算。
有些型號污水流量計一體式聲稱(chēng)有更高精確度，基本誤差僅（±0.2%～±0.3%）R，但有嚴格安裝要求和參比條件，例如環(huán)境溫度20～22℃，前后置直管段長(cháng)度要求分別大于10D,3D（通常為5D,2D）提出流量傳感器要與前后置直管組成一體流量標準裝置上作實(shí)流校準，以減少夾裝不善影響。多種型號選擇比較時(shí)不要單純只看高指標，要詳細閱讀制造廠(chǎng)樣本或說(shuō)明書(shū)做綜合分析。市場(chǎng)上污水流量計一體式功能差別也很大，簡(jiǎn)單就測量單向流量，只輸出模擬信號帶動(dòng)后位儀表；多功能儀表有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源切斷報警、小信號切除、流量顯示和總量計算、自動(dòng)核對和故障自診斷、與上位機通信和運動(dòng)組態(tài)等。有些型號儀表串行數字通信功能可選多種通信接口和專(zhuān)用芯片（ASIC），以連接HART協(xié)議系統、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現場(chǎng)總線(xiàn)等。
3、流速、滿(mǎn)度流量、范圍度和口徑 選定儀表口徑不一定與管徑相同，應視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不同液體，管道流速一般是經(jīng)濟流速1.5～3m/s。污水流量計一體式用這樣管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。
滿(mǎn)度流量時(shí)液體流速可1～10m/s范圍內選用，范圍是比較寬。上限流速原理上是不受限制，通常建議不超過(guò)5m/s，襯里材料能承受液流沖刷，實(shí)際應用很少超過(guò)7m/s，超過(guò)10m/s則更為罕見(jiàn)。滿(mǎn)度流量流速下限一般為1m/s，有些型號儀表則為0.5m/s。有些新建工程運行初期流量偏低或流速偏低管系，從測量精度角度考慮，儀表口徑應改用小于管徑，以異徑管連接之。用于有易粘附、沉積、結垢等物質(zhì)流體，選用流速不低于2m/s，最好提高到3～4m/s或以上，起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強流體，常用流速應低于2～3m/s ，以降低對襯里和電極磨損。 測量接近閾值低電導液體，盡可能選定較低流速（小于0.5～1m/s），因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì )增加，而出現輸出晃動(dòng)現象。 EMF范圍度是比較大，通常不低于20，帶有量程自動(dòng)切換功能儀表，可超過(guò)50～100。國內可以提供定型產(chǎn)品口徑從10mm到3000mm，隨然實(shí)際應用以中小口徑居多，但與大部分其他原理流量?jì)x表（如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等）相比，大口徑儀表占有較大比重。某企業(yè)近萬(wàn)臺儀表中，50mm以下小口徑、65～250mm中口徑、300～900mm大口徑、1000mm以上超大口徑分別占37%、45%、15%和3%。
4、液體電導率
使用污水流量計一體式前提是被測液體必須是導電，不能低于閾值（即下限值）。電導率低于閾值會(huì )產(chǎn)生測量誤差直至不能使用，超過(guò)閾值變化也可以測量，示值誤差變化不大，通用型EMF閾值10-4～（5×10-6）S/cm之間，視型號而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉換器間流量信號線(xiàn)長(cháng)度及其分布電容，制造廠(chǎng)使用說(shuō)明書(shū)中通常規定電導率相對應信號線(xiàn)長(cháng)度。非接觸電容耦合大面積電極儀表則可測電導率低至5×10-8S/cm液體。 工業(yè)用水及其水溶液電導率大于10-4S/cm，酸、堿、鹽液電導率10-4～10-1S/cm之間，使用不存問(wèn)題，低度蒸餾水為10-5S/cm存問(wèn)題。石油制品和有機溶劑電導率過(guò)低就不能使用。表1列出若干液體電導率。從資料上查到有些純液或水溶液電導率較低，認為不能使用，實(shí)際工作中會(huì )遇到因含有雜質(zhì)而能使用實(shí)例，這類(lèi)雜質(zhì)對增加電導率有利。水溶液，資料中電導率是用純水配比實(shí)驗室測，實(shí)際使用水溶液可能用工業(yè)用水配比，電導率將比查要高，也有利于流量測量。表1 若干液體20℃時(shí)電導率 液體名稱(chēng) 電導率 液體名稱(chēng) 電導率液體名稱(chēng) 電導率 石油 （3～5）×10-13 丙酮 （2～6）×10-8 純水，高度蒸餾水4×10-8 苯 7.6×10-8 液氨 1.3×10-7 甲醇 (4.4～7.2)×10-7 飲用水 ≈10-4 海水 ≈4×10-2 硫酸（5%～99.4%）（2.1×10-1）～（8.5×10-3）氨水（4%～30%） （1×10-3）～（2×10-4）氫氧化鈉（4%～50%）（1.6×10-1）～（8×10-2）食鹽水（2.5%） 2×10-1 使用經(jīng)驗，實(shí)際應用液體電導率最好要比儀表制造廠(chǎng)規定閾值至少大一個(gè)數量級。制造廠(chǎng)儀表規范規定下限值是各種使用條件較好狀態(tài)下可測量最低值。是受到一些使用條件限制，如電導率均勻性、連接信號線(xiàn)、外界噪聲等，否則會(huì )出現輸出晃動(dòng)現象等。我們就多次遇到測量低度蒸餾水或去離子水，其電導率接近閾值5×10-6S/cm，使用時(shí)出現輸出晃動(dòng)。
5、液體中含有混入物
混入成泡狀流微小氣泡仍可正常工作，但測是含氣泡體積混合體積流量；如氣體含量增加到形成彈（塊）狀流，因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時(shí)斷開(kāi)，出現輸出晃動(dòng)不能正常工作。含有非鐵磁性顆?；蚶w維固液雙相流體同樣可測二相體積流量。固體含量較高流體，如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等實(shí)際上已屬非牛頓流體。固體載體液中一起流動(dòng)，兩者之間有滑動(dòng)，速度上有差別，單相液體校驗儀表用于固液雙相流體會(huì )產(chǎn)生附加誤差。還未見(jiàn)到EMF應用于固液雙相流體中固形物影響系統實(shí)驗報告，但國外有報告稱(chēng)固形物含量有14%時(shí)誤差3%范圍以?xún)?；我國黃河水利委員會(huì )水利科學(xué)研究所實(shí)驗報告稱(chēng)，測量高沙含量水流量，含沙量體積比17%～40%（沙中值粒徑0.35mm），儀表測量誤差小于3%。 漿液內有較大顆粒擦過(guò)電極表面，頻率較低矩形激磁污水流量計一體式中會(huì )產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲，使流量信號不穩，就要選用較高頻率儀表或有較強抑制漿液噪聲能力污水流量計一體式，也可選用市電交流激磁儀表或雙頻激磁儀表。含有鐵磁性物質(zhì)流體對于污水流量計一體式，因測量管內磁導率受鐵磁體不同含量而變化，會(huì )產(chǎn)生測量誤差。但磁路中置有磁通檢測線(xiàn)圈補償EMF，可減小混入鐵磁體影響。水中含有液固重量比約4：1，顆粒度≤0.15mm鐵精礦石礦漿，以80mm口徑儀表作清水和漿液對比流量試驗，通常儀表示值變化7%～10%，裝有磁通檢測線(xiàn)圈儀表，示值誤差±2%FS以?xún)取?對含有礦石顆粒礦漿應用，應注意對傳感器襯里磨損程度，測量管內徑擴大會(huì )產(chǎn)生附加誤差。這種場(chǎng)合應選用耐磨性較好陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里，同時(shí)建議傳感器安裝垂直管道上，使管道磨損均勻，消除水平安裝下半部局部磨損嚴重缺點(diǎn)。也可以傳感器進(jìn)口端加裝噴嘴形護套，相對延長(cháng)使用期。
6、附著(zhù)和沉淀
測量易管壁附著(zhù)和沉淀物質(zhì)流體時(shí)，若附著(zhù)是比液體電導率高導電物質(zhì)，信號電勢將被短路而不能工作，若是非導電層則首先應注意電極污染，譬如選用不易附著(zhù)尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可傳感器外定期手動(dòng)刮出沉垢。國外產(chǎn)品曾有電極上裝超聲波換能器，以清除表面垢層，但現已少見(jiàn)。也有暫時(shí)斷開(kāi)測量電路，電極簡(jiǎn)短時(shí)間內流過(guò)低壓大電流，焚燒清除附著(zhù)油脂類(lèi)附著(zhù)層。易產(chǎn)生附著(zhù)場(chǎng)所可提高流速以達到自清掃目，還可以采取較方便易清洗管道連接，可不拆卸清洗傳感器。非接觸型電極污水流量計一體式附著(zhù)非導電膜層，儀表仍能工作，但若為高導電層則同樣不能工作。
7、與流體接觸零部件材料選擇 與流體接觸傳感器零部件有襯里（或絕緣材料制成測量管）、電極、接環(huán)和密封墊片，其材料耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對流體適應性。零部件少，形狀簡(jiǎn)單，材料選擇靈活，電磁流量傳感器對流體適應性強。
（1）污水流量計一體式的 襯里材料（或直接與介質(zhì)接觸測量管）常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁999.7%AI2O3)陶瓷制成襯里，但只限中小口徑傳感器。 氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體，如工業(yè)用水、廢污水及弱酸堿，價(jià)格最為低廉。氟塑料具有優(yōu)良耐化學(xué)腐蝕性，但耐磨性差，不能用于測量礦漿液。氟塑料中最早應用是聚四氟乙烯，因與測量管間僅*壓貼，無(wú)粘結力，不能用于負壓管道，后開(kāi)發(fā)各種改性品種，實(shí)現注塑成形，與測量管有較強結合力，可用于負壓，聚氨酯橡膠有極好耐磨耗性，但耐酸堿腐蝕性較差。它耐磨性相當于天然橡膠10倍，適用于煤漿、礦漿等；介質(zhì)溫度要低于40～60/70℃。氧化鋁陶瓷有極好耐磨耗性和對強酸堿耐磨腐蝕性，耐磨性約為聚氨酯橡膠10倍，適用于具有腐蝕性礦漿；但性脆，安裝夾緊時(shí)疏忽易碎，可用于較高溫度（120～140/180℃）但要防止溫度劇變，如通蒸汽滅菌，一般溫度突變不能大于100℃，升溫150℃ 要有10min時(shí)間。 通用型污水流量計一體式幾種材料壓力溫度大體適用范圍可參閱圖4。
（2）污水流量計一體式的 電極和接環(huán)材料 電極對測量介質(zhì)耐腐是選擇材料首先考慮因素，其次考慮是否會(huì )產(chǎn)生鈍化等表面效應和所形成噪聲。
 1）選擇耐腐蝕材料污水流量計一體式電極耐腐蝕性要求很高，常用金屬材料有含鉬耐酸鋼Icr18Ni12Mo2Ti，哈氏合金（耐蝕鎳基合金）B、C、鈦、鉭、鉑銥合金，幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于漿液等低噪聲電極，它們是導電橡膠電極、導電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極，或包覆這些材料金屬電極。原則上電極材料選擇應從使用者借鑒該介質(zhì)其他設備應用實(shí)際和經(jīng)驗來(lái)確定。后要做必要實(shí)驗，如現場(chǎng)取液體樣品實(shí)驗室做待用材料腐蝕性試驗。最好實(shí)驗是現場(chǎng)掛片，這是最接近實(shí)際應用條件腐蝕性試驗，可以出比較可*能否適用結論。
 2）避免電極表面效應 電極耐腐蝕性是選擇材料重要因素，但候電極材料對被測介質(zhì)有很好耐腐蝕性，卻不一定就是適用材料，還要避免產(chǎn)生電極表面效應。電極表面效應分為表面化學(xué)反應、電化學(xué)和極化現象以及電極觸媒作用三個(gè)方面?；瘜W(xué)反應效應如電極表面與被測介質(zhì)接觸后，形成鈍化膜或氧化層。他們對耐腐蝕性能可能起到積極保護作用，但也有可能增加表面接觸電阻。例如鉭與水接觸就會(huì )被氧化，生成絕緣層。避免或減輕電極表面效應介質(zhì)------電極材料匹配，還沒(méi)有像腐蝕性那樣有充足資料可查，一些有限經(jīng)驗，尚待實(shí)踐中積累。 接環(huán)連接塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道流量傳感器兩端，他們耐腐蝕要求比電極低，充分有一定腐蝕，定期更換。通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因體積大從經(jīng)濟上考慮較少采用鉭鉑等貴重金屬。如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接環(huán)。

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