淺析污水流量計(jì)一體式在選型時(shí)應(yīng)關(guān)注的參數(shù)及工況條件

1、應(yīng)用概況
污水流量計(jì)一體式應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。污水流量計(jì)一體式不受溫度、壓力、粘度等外界因素的影響，測(cè)量管內(nèi)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(cè)出的*初信號(hào)，是一個(gè)與流體平均流速成精確線性變化的電壓，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(yīng)用于給排水工程。中小口徑常用于固液雙相等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所，如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)礦漿、選煤廠煤漿、化學(xué)工業(yè)強(qiáng)腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏，長(zhǎng)距離管道煤水力輸送流量測(cè)量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求場(chǎng)所。
2、精度等級(jí)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(cè)量精度要求不很高場(chǎng)所（例如非貿(mào)易核算僅以控制為目，求高可*性和優(yōu)良重復(fù)性場(chǎng)所）選用高精度儀表經(jīng)濟(jì)上是不合算。
有些型號(hào)污水流量計(jì)一體式聲稱有更高精確度，基本誤差僅（±0.2%～±0.3%）R，但有嚴(yán)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(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)裝置上作實(shí)流校準(zhǔn)，以減少夾裝不善影響。多種型號(hào)選擇比較時(shí)不要單純只看高指標(biāo)，要詳細(xì)閱讀制造廠樣本或說(shuō)明書做綜合分析。市場(chǎng)上污水流量計(jì)一體式功能差別也很大，簡(jiǎn)單就測(cè)量單向流量，只輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀表；多功能儀表有測(cè)雙向流、量程切換、上下限流量報(bào)警、空管和電源切斷報(bào)警、小信號(hào)切除、流量顯示和總量計(jì)算、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等。有些型號(hào)儀表串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和專用芯片（ASIC），以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現(xiàn)場(chǎng)總線等。
3、流速、滿度流量、范圍度和口徑 選定儀表口徑不一定與管徑相同，應(yīng)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(jì)流速1.5～3m/s。污水流量計(jì)一體式用這樣管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。
滿度流量時(shí)液體流速可1～10m/s范圍內(nèi)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5m/s，襯里材料能承受液流沖刷，實(shí)際應(yīng)用很少超過7m/s，超過10m/s則更為罕見。滿度流量流速下限一般為1m/s，有些型號(hào)儀表則為0.5m/s。有些新建工程運(yùn)行初期流量偏低或流速偏低管系，從測(cè)量精度角度考慮，儀表口徑應(yīng)改用小于管徑，以異徑管連接之。用于有易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)流體，選用流速不低于2m/s，*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(qiáng)流體，常用流速應(yīng)低于2～3m/s ，以降低對(duì)襯里和電*磨損。 測(cè)量接近閾值低電導(dǎo)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(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)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50～100。國(guó)內(nèi)可以提供定型產(chǎn)品口徑從10mm到3000mm，隨然實(shí)際應(yīng)用以中小口徑居多，但與大部分其他原理流量?jī)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(tái)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(dǎo)率
使用污水流量計(jì)一體式前提是被測(cè)液體必須是導(dǎo)電，不能低于閾值（即下限值）。電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用，超過閾值變化也可以測(cè)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(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布電容，制造廠使用說(shuō)明書中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)信號(hào)線長(zhǎng)度。非接觸電容耦合大面積電*儀表則可測(cè)電導(dǎo)率低至5×10-8S/cm液體。 工業(yè)用水及其水溶液電導(dǎo)率大于10-4S/cm，酸、堿、鹽液電導(dǎo)率10-4～10-1S/cm之間，使用不存問題，低度蒸餾水為10-5S/cm存問題。石油制品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率過低就不能使用。表1列出若干液體電導(dǎo)率。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低，認(rèn)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，這類雜質(zhì)對(duì)增加電導(dǎo)率有利。水溶液，資料中電導(dǎo)率是用純水配比實(shí)驗(yàn)室測(cè)，實(shí)際使用水溶液可能用工業(yè)用水配比，電導(dǎo)率將比查要高，也有利于流量測(cè)量。表1 若干液體20℃時(shí)電導(dǎo)率 液體名稱 電導(dǎo)率 液體名稱 電導(dǎo)率液體名稱 電導(dǎo)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(yàn)，實(shí)際應(yīng)用液體電導(dǎo)率*好要比儀表制造廠規(guī)定閾值至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)。制造廠儀表規(guī)范規(guī)定下限值是各種使用條件較好狀態(tài)下可測(cè)量*低值。是受到一些使用條件限制，如電導(dǎo)率均勻性、連接信號(hào)線、外界噪聲等，否則會(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象等。我們就多次遇到測(cè)量低度蒸餾水或去離子水，其電導(dǎo)率接近閾值5×10-6S/cm，使用時(shí)出現(xiàn)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(cè)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*可能被氣體蓋住使電路瞬時(shí)斷開，出現(xiàn)輸出晃動(dòng)不能正常工作。含有非鐵磁性顆粒或纖維固液雙相流體同樣可測(cè)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(yàn)儀表用于固液雙相流體會(huì)產(chǎn)生附加誤差。還未見到EMF應(yīng)用于固液雙相流體中固形物影響系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，但國(guó)外有報(bào)告稱固形物含量有14%時(shí)誤差3%范圍以內(nèi)；我國(guó)黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)報(bào)告稱，測(cè)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(cè)量誤差小于3%。 漿液內(nèi)有較大顆粒擦過電*表面，頻率較低矩形激磁污水流量計(jì)一體式中會(huì)產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲，使流量信號(hào)不穩(wěn)，就要選用較高頻率儀表或有較強(qiáng)抑制漿液噪聲能力污水流量計(jì)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(duì)于污水流量計(jì)一體式，因測(cè)量管內(nèi)磁導(dǎo)率受鐵磁體不同含量而變化，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。但磁路中置有磁通檢測(cè)線圈補(bǔ)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(duì)比流量試驗(yàn)，通常儀表示值變化7%～10%，裝有磁通檢測(cè)線圈儀表，示值誤差±2%FS以內(nèi)。 對(duì)含有礦石顆粒礦漿應(yīng)用，應(yīng)注意對(duì)傳感器襯里磨損程度，測(cè)量管內(nèi)徑擴(kuò)大會(huì)產(chǎn)生附加誤差。這種場(chǎng)合應(yīng)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(yán)重缺點(diǎn)。也可以傳感器進(jìn)口端加裝噴嘴形護(hù)套，相對(duì)延長(zhǎng)使用期。
6、附著和沉淀
測(cè)量易管壁附著和沉淀物質(zhì)流體時(shí)，若附著是比液體電導(dǎo)率高導(dǎo)電物質(zhì)，信號(hào)電勢(shì)將被短路而不能工作，若是非導(dǎo)電層則*先應(yīng)注意電*污染，譬如選用不易附著尖形或半球形突出電*、可更換式電*、刮刀式清垢電*等。刮刀式電*可傳感器外定期手動(dòng)刮出沉垢。國(guó)外產(chǎn)品曾有電*上裝超聲波換能器，以清除表面垢層，但現(xiàn)已少見。也有暫時(shí)斷開測(cè)量電路，電*簡(jiǎn)短時(shí)間內(nèi)流過低壓大電流，焚燒清除附著油脂類附著層。易產(chǎn)生附著場(chǎng)所可提高流速以達(dá)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*污水流量計(jì)一體式附著非導(dǎo)電膜層，儀表仍能工作，但若為高導(dǎo)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(cè)量管）、電*、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(duì)流體適應(yīng)性。零部件少，形狀簡(jiǎn)單，材料選擇靈活，電磁流量傳感器對(duì)流體適應(yīng)性強(qiáng)。
（1）污水流量計(jì)一體式的 襯里材料（或直接與介質(zhì)接觸測(cè)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*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(cè)量礦漿液。氟塑料中*早應(yīng)用是聚四氟乙烯，因與測(cè)量管間僅*壓貼，無(wú)粘結(jié)力，不能用于負(fù)壓管道，后開發(fā)各種改性品種，實(shí)現(xiàn)注塑成形，與測(cè)量管有較強(qiáng)結(jié)合力，可用于負(fù)壓，聚氨酯橡膠有*好耐磨耗性，但耐酸堿腐蝕性較差。它耐磨性相當(dāng)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*好耐磨耗性和對(duì)強(qiáng)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(jì)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(jì)一體式的 電*和接環(huán)材料 電*對(duì)測(cè)量介質(zhì)耐腐是選擇材料*先考慮因素，其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成噪聲。
 1）選擇耐腐蝕材料污水流量計(jì)一體式電*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*，它們是導(dǎo)電橡膠電*、導(dǎo)電氟塑料電*和多孔性陶瓷電*，或包覆這些材料金屬電*。原則上電*材料選擇應(yīng)從使用者借鑒該介質(zhì)其他設(shè)備應(yīng)用實(shí)際和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。后要做必要實(shí)驗(yàn)，如現(xiàn)場(chǎng)取液體樣品實(shí)驗(yàn)室做待用材料腐蝕性試驗(yàn)。*好實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)掛片，這是*接近實(shí)際應(yīng)用條件腐蝕性試驗(yàn)，可以出比較可*能否適用結(jié)論。
 2）避免電*表面效應(yīng) 電*耐腐蝕性是選擇材料重要因素，但候電*材料對(duì)被測(cè)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*表面效應(yīng)。電*表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和*化現(xiàn)象以及電*觸媒作用三個(gè)方面?；瘜W(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電*表面與被測(cè)介質(zhì)接觸后，形成鈍化膜或氧化層。他們對(duì)耐腐蝕性能可能起到積*保護(hù)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*表面效應(yīng)介質(zhì)------電*材料匹配，還沒有像腐蝕性那樣有充足資料可查，一些有限經(jīng)驗(yàn)，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*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(jì)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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