智能型電磁污水流量計和超聲流量計在污水處理廠(chǎng)的應用

摘要：水資源的短缺已稱(chēng)為制約我國可持續發(fā)展道路的主要因素。除了節約用水外，水污染的防治也是水資源保護的當務(wù)之急。建立污水處理廠(chǎng)是治理污水的重要手段之一。液體流量計作為污水處理廠(chǎng)中的計量器具，是雙方貿易結算的依據。本文主要是通過(guò)對智能型電磁污水流量計和超聲流量計的介紹，為污水廠(chǎng)在流量計的選用中提供參考。
當前，我國是嚴重水匱乏的國家，水資源的短缺已成為可持續發(fā)展的嚴重制約因素，可以說(shuō)已經(jīng)成為我國可持續發(fā)展的瓶頸。水資源時(shí)空分布嚴重不均，人口眾多和傳統工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展速度較快加劇了缺水問(wèn)題；嚴重的水污染又使缺水問(wèn)題日益突出；因此，水污染防治是水資源保護的當務(wù)之急。節水是從量上保護水資源，防治污染是從質(zhì)上保護水資源，二者缺一不可，相輔相成，節水本身就減少了污染總量；污染的防治則實(shí)際上減少了不可利用的水量，等于節水。
污水處理廠(chǎng)的建設是治理污水的重要手段之一。目前，天津市投入運行的污水處理廠(chǎng)達到58座，累計日處理能力達到260萬(wàn)t，使全市污水處理率達到85%以上（城區90%以上）?，F有的污水處理廠(chǎng)大多是由企業(yè)投資建設，處理污水所需的費用由政府結算。液體流量計作為污水處理廠(chǎng)中的主要計量器具，是雙方結算的依據。由于其他類(lèi)型液體流量計（如渦輪流量計、渦街流量計等）對水質(zhì)要求比較高，污水處理廠(chǎng)中常用液體流量計是智能型電磁污水流量計和超聲流量計。

1、智能型電磁污水流量計的測量原理是根據法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場(chǎng)中運動(dòng)切割磁力線(xiàn)時(shí)，在導體的兩端即產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，其方向由右手定則確定，其大小與磁場(chǎng)的磁感應強度、導體在磁場(chǎng)內的長(cháng)度及導體的運動(dòng)速度成正比，如果，三者互相垂直，則E=BLu （1-1）

若在磁感應強度為B的均與磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)內徑為D的不導磁管道，當導電液體在管道中以流速u(mài)流動(dòng)時(shí)，導電流體就切割磁力線(xiàn)。如果在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對電極則可以證明，兩電極之間也將產(chǎn)生感應電動(dòng)勢E=kBDv （1-2）

圓形截面測量管道的體積流量qv為

由此可以進(jìn)一步表示

其中：流量計的校準系數，該系數實(shí)際上通常是靠實(shí)流校準得到。
由上式可見(jiàn)，體積流量qv與感應電動(dòng)勢和測量管內徑呈線(xiàn)性關(guān)系，與磁場(chǎng)的磁感應強度呈反比，與其他物理參數無(wú)關(guān)，這也是智能型電磁污水流量計的最大優(yōu)點(diǎn)。它的結構主要包括流量傳感器與轉換器兩部分組成。傳感器主要由一段流過(guò)被測導電液體的測量管；內襯通常是絕緣的，一對或多對電極測量管道內導電液體流動(dòng)產(chǎn)生的信號；在測量管中產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁體。轉換器主要采用模擬集成運算放大電路對傳感器電極產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大處理，來(lái)反映管道中流量的變化，通過(guò)二次顯示儀表讀取流量值。
2、超聲流量計以測量超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播的時(shí)間與流量的關(guān)系為原理。通常認為超聲波在流體中的實(shí)際傳播速度是由介質(zhì)靜止狀態(tài)下超聲波的傳播速度cf和流體軸向平均流速vm在超聲波傳播方向上的分量組成。如圖，順流和逆流傳播時(shí)間與各量之間的關(guān)系是

可利用式（1-5）的兩個(gè)公式得出流體流速的表達式

也可以用相似的方法獲得超聲波的傳播速度

將測得的多個(gè)聲道的流體流速vi，=1，2，……，k；利用數學(xué)的函數關(guān)系聯(lián)合起來(lái)，可得到管道平均流速的估計值，乘以過(guò)流面積，即可得到體積流量，則：

超聲波流量計主要由流量計表體、超聲換能器及其安裝部件、信號處理單元和流量計算機組成。對于現場(chǎng)接觸式和外夾式流量計，安裝換能器處的管道可做表體使用，接觸式流量計的換能器直接與被測流體接觸，外夾式流量計的換能器緊密安裝在管道外壁。
3、兩種流量計有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：
（1）智能型電磁污水流量計在污水測量中的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
（a）壓力損失小相對較小。智能型電磁污水流量計的傳感器結構簡(jiǎn)單，測量管內沒(méi)有可動(dòng)部件，也沒(méi)有任何阻礙流體流動(dòng)的節流部件，當流體通過(guò)流量計時(shí)不會(huì )引起任何附加的壓力損失，流量計的阻力僅是同一長(cháng)度管道的沿程阻力，是流量計中運行能耗最低的流量?jì)x表之一。
（b）可以測量臟污介質(zhì)及懸濁性液固兩相流的流量。智能型電磁污水流量計的測量通道是一段無(wú)阻流檢測件的光滑直管，不易阻塞含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體。
（c）智能型電磁污水流量計所測得的體積流量，實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響。缺點(diǎn)主要是不能測量含有大量氣體的液體。
（2）超聲流量計在污水測量中的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
（a）可做非接觸式測量。
（b）和智能型電磁污水流量計一般為無(wú)流動(dòng)阻撓測量，沒(méi)有壓力損失。
（c）可測量非導電性液體，對無(wú)阻撓測量的智能型電磁污水流量計是一種補充。時(shí)間法超聲流量計只能用于清潔液體，一般在污水廠(chǎng)中主要用于出水管道流量的測量?？紤]到污水測量過(guò)程中管道中雜質(zhì)、氣泡對智能型電磁污水流量計的影響，以及超聲流量計在日常維護與保養得重要性，一種專(zhuān)用于污水測量的流量計，將是流量工作者今后努力研究的方向。