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电磁流量计

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2019年前国内外研究现状非满管电磁流量计的研究现状

来源:作者:发表时间:2020-11-13 18:09:17

 随着社会经济的不断发展,节约资源成为了时代的主旋律。水资源短缺的问题已经成为制约一个国家发展的关键因素。当前我国治水的主要矛盾产生了很大的变化,因此治水方式以及解决办法也须随之改变。应将节约用水作为很好任务,把用水方式从粗放用水向节约用水、集约用水的方式改变。我国每年的总供水量大约为6000亿立方米,而农业用水量大约为年总用水量的70%。其中用于农田灌溉的用水约为农业用水量的90%。从这些数据可以看出,农业灌溉是用水“大户”[1】。

 
由于农业灌溉用水通常为非满管用水,灌溉用水中存在一定的杂质含量,在测量上存在很大的技术难题,所以精确计量用水量难以实现,很难建立健全用水计价系统。而工业废液、生活废水向江河湖泊中的排放,使原本就严重的水资源问题更加严峻。随着工农业生产的高速发展和人民生活水平的提高,社会用水量不断增加城市供排水量呈逐年上升趋势,而居民生活用水的80%-90%,工业用水中的50%_80%将转化为生活污水。因此对于污水排放口的流量进行监测计量,实现对水资源的合理利用就显得至关重要。但废液废水具有介质脏污、非满管流等问题,流量测量亦是非常困难。因此找到行之有效的办法解决非满管污水精确计量的问题己经刻不容缓。
 
因为自由面的存在,非满管工况下流体的流动状态和满管工况下完全不同,在非满管工况下管道内流体的液位高度是实时变化的,这给非满管流量的的精确测量带来很大的困难。目前常用的测量方法包括体积法、示踪和稀释法、使用计量结构法、超声波多普勒法和时差法、电磁法、倾斜区域法以及非接触法等。由于这些年来超声法和电磁法测量技术的逐渐完善与快速发展,目前市面上用来测量非满管流量的仪器大多为非满管电磁流量计或非满管超声波流量计。
(1)非满管电磁流量计
非满管电磁流量计应用体积流量测量法,先通过法拉第电磁感应定律来测得管道内流体的流速,然后通过液位计等液位测量装置来测量管道内流体的液位高度得出流体充满管道的横截面积,将得到的两个参量相乘从而得到测量的流量值。上世纪90年代,Fisher&Porter公司研制出了首台非满管电磁流量计,经过几十年的发展创新,其他公司也相继有不同的用于测量非满管流量的电磁流量计问世,这些产品口径范围在150 ̄1000mm之间【8】。
 
ABB公司研制出一款用于非满管流量测量的,具有多电极液位测量系统的电磁流量计——FXP4000(Parti-Mag如图1-1所示。可用于对非满管和满管的工况进行流量测量。其测量原理是在管壁上设置三对测量电极,电极突出与管内流体直接接触,以测得管内流体的液位高度信号和流速信号;顶部安有一个满管电极,以对满管状态进行判别;底部安装一对信号注入电极,施加幅值不变的交流信号,得到与液位相关的合成信号(管内流体的耦合作用),算出对应的液位高度。FXP4000可以实现对管内流体液位高度在10%管径以上时的流量计量。
 
德国Krohne公司研制出一种具有电容式非接触式流量液位测量系统的电磁流量计TIDALFLUX⑴1,如图1-2所示。其测量原理是在管道内部设置一个检测电极以及四个发射电极,并且依据电极间电容与管内流体液位高度之间的关系由测量的电容值得到流体液位高度值。其测量高度范围在10%的管径以上。而曰本东芝公司研制出一款应用功能型磁场分布技术实现流量测量的非满管流量计1131。此外,E+H的PROMAG系列电磁流量计现在也己广泛应用于污水处理[14]。
 
国内对非满管电磁流量计的研究也在陆续展开,上海大学、浙江大学、北京化工[|51等各大高校也取得了一定的成果。
非满管电磁流量计
但在市面上目前还没有成熟的非满管电磁流量计出现。其中上海大学通过对非满管电磁流量计进行研发,提出了一种新的液位测量方法,如下图1-3所示。其测量原理为:在管道内壁安装一对长弧形电极来获取流体的流速信号及液位信号。在其底部位置安装一对激励电极。依据法拉第电磁感应定律,对氏弧形电极分别施加励磁激励与电压激励,得到对应的流速信号与液位信号。当是施加励磁激励时获得流速信号,关闭励磁激励,施加恒定的交流电压信号,依据管道中流体电阻勹流体充满度的关系,由获得的屯m信号得出对应的液位值,通过计算得出最终的流量测量值。