一、概述： 

礦井水流量計采用新技術。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；并有的零點穩定性和不受流體噪聲干擾影響。從而具有高穩定性、高可靠性的特點。 

二、測量原理： 

礦井水流量計根據法拉第電磁感應原理，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，當導電液體沿測量管軸線運動時，導電液體切割磁力線產生感應電勢，此感應電勢由兩個檢測電極檢出，數值大小與流量成正比例，其值為：E=KBVD式中： 

E－感應電勢； 

K－與磁場分布及軸向長度有關的系數； 

B－磁感應強度； 

V－導電液體平均流速； 

D－電極間距；(測量管內直徑) 

傳感器將感應電勢E作為流量信號，傳送到轉換器，經放大，變換濾波用一系列的數字處理后，用帶背光的點陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量。轉換器有4～20mA輸出，報警輸出及頻率輸出，并設有RS－485等通訊接口，并支持HART和MODBUS協議。 礦井水流量計是根據法拉第電磁感應定律用來測量導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生要求的醫藥和食品工業中得到了廣泛的應用.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中更是大顯身手。

詳細介紹

自法拉第1831年發現電磁感應定律后,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品。

1955年,日本也制成了礦井水流量計,幾乎同時前蘇聯、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。

經過幾十年的發展,國內外生產礦井水流量計的廠家如雨后春筍般迅速發展起來。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1994年7月《計裝》雜志報導,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中的重要地位。

標定技術

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

(1)設計思想

向靜止的電解質溶液加入可控電流I,使溶液內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兩個信號電極軸向產生電場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系決定的權重函數)下的解;利用電解質標準溶液淌度作流量基準,便可得出標定用電解質液體的離子速度,則對應離子電流就可具體等效于實際流體的流量值。

(2)理論依據

對于寬度為Wm,厚度為Hm,霍爾系數為Rm3/C的矩形截面的霍爾效應中,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,當設V=(R/I)/(WH)時,V的量綱就是m/s,即V就是導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、電極與管道空間關系決定權重函數條件下的電極電勢解。

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

2.2　零點穩定性

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

(1)雙頻勵磁

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

(2)零點動態相關互補法

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

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,感應信號的信噪比下降,量程變小,精度降低。

通過零點自動動態辨識與反饋補償,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,也能獲得響應速度快、量程范圍大、精度高等性能指標.為礦井水流量計在防爆要求高的化學工業中的應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置U型彎。③傳感器不能安裝在可能出現負壓的場合，否則會使聚四氟乙烯類襯里變形而損壞流量計。

2） 接線和菜單設置查閱用戶手冊進行，并注意：①傳感器公稱直徑必須與現場相符，儀表系數的設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置，一般為3%～10%；③菜單設置完畢后，維持電源在接通狀態至少30 s，否則參數設置后電源立即關閉，設置會被取消。

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置錯誤。改變安裝方向或重新設置流體流向。

2） 流量不穩定：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。采取對傳感器與轉換器的連接線、轉換器的輸出信號線使用屏蔽電纜避免。

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