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            電磁流量計

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            2019年前國內外研究現狀非滿管電磁流量計的研究現狀

            來源:作者:發表時間:2020-11-13 18:09:17

             隨著社會經濟的不斷發展,節約資源成為了時代的主旋律。水資源短缺的問題已經成為制約一個國家發展的關鍵因素。當前我國治水的主要矛盾產生了很大的變化,因此治水方式以及解決辦法也須隨之改變。應將節約用水作為很好任務,把用水方式從粗放用水向節約用水、集約用水的方式改變。我國每年的總供水量大約為6000億立方米,而農業用水量大約為年總用水量的70%。其中用于農田灌溉的用水約為農業用水量的90%。從這些數據可以看出,農業灌溉是用水“大戶”[1】。

             
            由于農業灌溉用水通常為非滿管用水,灌溉用水中存在一定的雜質含量,在測量上存在很大的技術難題,所以精確計量用水量難以實現,很難建立健全用水計價系統。而工業廢液、生活廢水向江河湖泊中的排放,使原本就嚴重的水資源問題更加嚴峻。隨著工農業生產的高速發展和人民生活水平的提高,社會用水量不斷增加城市供排水量呈逐年上升趨勢,而居民生活用水的80%-90%,工業用水中的50%_80%將轉化為生活污水。因此對于污水排放口的流量進行監測計量,實現對水資源的合理利用就顯得至關重要。但廢液廢水具有介質臟污、非滿管流等問題,流量測量亦是非常困難。因此找到行之有效的辦法解決非滿管污水精確計量的問題己經刻不容緩。
             
            因為自由面的存在,非滿管工況下流體的流動狀態和滿管工況下完全不同,在非滿管工況下管道內流體的液位高度是實時變化的,這給非滿管流量的的精確測量帶來很大的困難。目前常用的測量方法包括體積法、示蹤和稀釋法、使用計量結構法、超聲波多普勒法和時差法、電磁法、傾斜區域法以及非接觸法等。由于這些年來超聲法和電磁法測量技術的逐漸完善與快速發展,目前市面上用來測量非滿管流量的儀器大多為非滿管電磁流量計或非滿管超聲波流量計。
            (1)非滿管電磁流量計
            非滿管電磁流量計應用體積流量測量法,先通過法拉第電磁感應定律來測得管道內流體的流速,然后通過液位計等液位測量裝置來測量管道內流體的液位高度得出流體充滿管道的橫截面積,將得到的兩個參量相乘從而得到測量的流量值。上世紀90年代,Fisher&Porter公司研制出了首臺非滿管電磁流量計,經過幾十年的發展創新,其他公司也相繼有不同的用于測量非滿管流量的電磁流量計問世,這些產品口徑范圍在150 ̄1000mm之間【8】。
             
            ABB公司研制出一款用于非滿管流量測量的,具有多電極液位測量系統的電磁流量計——FXP4000(Parti-Mag如圖1-1所示。可用于對非滿管和滿管的工況進行流量測量。其測量原理是在管壁上設置三對測量電極,電極突出與管內流體直接接觸,以測得管內流體的液位高度信號和流速信號;頂部安有一個滿管電極,以對滿管狀態進行判別;底部安裝一對信號注入電極,施加幅值不變的交流信號,得到與液位相關的合成信號(管內流體的耦合作用),算出對應的液位高度。FXP4000可以實現對管內流體液位高度在10%管徑以上時的流量計量。
             
            德國Krohne公司研制出一種具有電容式非接觸式流量液位測量系統的電磁流量計TIDALFLUX⑴1,如圖1-2所示。其測量原理是在管道內部設置一個檢測電極以及四個發射電極,并且依據電極間電容與管內流體液位高度之間的關系由測量的電容值得到流體液位高度值。其測量高度范圍在10%的管徑以上。而曰本東芝公司研制出一款應用功能型磁場分布技術實現流量測量的非滿管流量計1131。此外,E+H的PROMAG系列電磁流量計現在也己廣泛應用于污水處理[14]。
             
            國內對非滿管電磁流量計的研究也在陸續展開,上海大學、浙江大學、北京化工[|51等各大高校也取得了一定的成果。
            非滿管電磁流量計
            但在市面上目前還沒有成熟的非滿管電磁流量計出現。其中上海大學通過對非滿管電磁流量計進行研發,提出了一種新的液位測量方法,如下圖1-3所示。其測量原理為:在管道內壁安裝一對長弧形電極來獲取流體的流速信號及液位信號。在其底部位置安裝一對激勵電極。依據法拉第電磁感應定律,對氏弧形電極分別施加勵磁激勵與電壓激勵,得到對應的流速信號與液位信號。當是施加勵磁激勵時獲得流速信號,關閉勵磁激勵,施加恒定的交流電壓信號,依據管道中流體電阻勹流體充滿度的關系,由獲得的屯m信號得出對應的液位值,通過計算得出最終的流量測量值。
             
             
             
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