隨著社會(huì)不斷進(jìn)步,流量計(jì)的應(yīng)用也發(fā)展到各種領(lǐng)域,那么流量測量技術(shù)與儀表應(yīng)用到哪些領(lǐng)域呢?
一、工業(yè)生產(chǎn)過程
流量儀表是過程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一,它被廣泛誚用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域,是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),節(jié)約能源,改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量,提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過程自動(dòng)化儀表與裝置中,流量儀表有兩大功用:作為過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測儀表和測量物料數(shù)量的總量表。
二、能源計(jì)量
能源分為一次能源(煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣)、二次能源(電力、焦炭、人工燃?xì)狻⒊善酚?、液化石油氣、蒸汽)及載能工質(zhì)(壓縮空氣、氧、氮、氫、水)等。能源計(jì)量是科學(xué)管理能源,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。流量儀表是能源計(jì)量儀表的重要組成部分,水、人工燃?xì)?、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數(shù)量極其龐大的流量計(jì),它們是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算不可缺少的工具。
三、環(huán)境保護(hù)工程
煙氣,廢液、污水等的排放嚴(yán)重污染大氣和水資源,嚴(yán)重威脅人類生存環(huán)境。國家把可持續(xù)發(fā)展列為國策,環(huán)境保護(hù)將是21世紀(jì)的最大課題??諝夂退奈廴疽玫娇刂?,必須加強(qiáng)管理,而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。
我國是以煤為主要能源的國家,全國有上百萬個(gè)煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項(xiàng)目,每個(gè)煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計(jì),組成連櫝排放監(jiān)視系統(tǒng)。煙氣的流量沆量有很大因難,它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規(guī)則,氣體組分變化不定,流速范圍大,臟污,灰塵,腐蝕,高溫,無直管段等。
四、交通運(yùn)輸
有五種方式:鐵路公路、航空、水運(yùn)、和管道運(yùn)輸。其中管道運(yùn)輸雖早已有之,但應(yīng)用并不普遍。隨著環(huán)保問題的突出,管道運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)引起人們的重視。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì),它是控制、分配和調(diào)度的眼睛,亦是安全監(jiān)沒和經(jīng)濟(jì)核算的必備工具。
五、生物技術(shù)
21世紀(jì)將迎來生命科學(xué)的世紀(jì),以生物技術(shù)為特征的產(chǎn)業(yè)將獲得迅速發(fā)展。生物技術(shù)中需監(jiān)測計(jì)量的物質(zhì)很多,如血液,尿液等。儀表開發(fā)的難度極大,品種繁多。
六、科學(xué)實(shí)驗(yàn)
科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多,且品種極其繁雜。據(jù)統(tǒng)計(jì)流量計(jì)100多種中很大一部分是應(yīng)科研之需用的,它們并不批量生產(chǎn),在市面出售,許多科研機(jī)構(gòu)和大企業(yè)皆設(shè)專門小組研制專用的流量計(jì)。
七、海洋氣象,江河湖泊
這些領(lǐng)域?yàn)槌ㄩ_流道,一般需檢測流速,然后推算流量。流速計(jì)和流量計(jì)所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)是共通的但是儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用條件有很大差別。
電磁流量計(jì)(EletromagneticFlowmeters,簡稱EMF)是20世紀(jì)50~60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的,用來測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。
由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),電磁流量計(jì)目前已廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)過程中各種導(dǎo)電液體的流量測量;
如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì);電磁流量計(jì)各種漿液流量測量,形成了獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域。
在結(jié)構(gòu)上,電磁流量計(jì)由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。
傳感器安裝在工業(yè)過程管道上,它的作用是將流進(jìn)管道內(nèi)的液體體積流量值線性地變換成感生電勢(shì)信號(hào),并通過傳輸線將此信號(hào)送到轉(zhuǎn)換器。
轉(zhuǎn)換器安裝在離傳感器不太遠(yuǎn)的地方,它將傳感器送來的流量信號(hào)進(jìn)行放大,并轉(zhuǎn)換成流量信號(hào)成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出,以進(jìn)行顯示,累積和調(diào)節(jié)控制。
測量原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)一導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí),在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢(shì)e;
其方向由右手定則確定,其大小與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度L及導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度u成正比,如果B,L,u三者互相垂直,則
e=Blu(3-35)
與此相仿在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中,垂直于磁場方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道,當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速u流動(dòng)時(shí),導(dǎo)電流體就切割磁力線。
如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對(duì)電極(圖3—17)則可以證明,只要管道內(nèi)流速分布為軸對(duì)稱分布,兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì):
e=BD(3-36)
式中,為管道截面上的平均流速.由此可得管道的體積流量為:
qv=πDUˉ=(3-37)
由上式可見,體積流量qv與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和測量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系,與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比,與其它物理參數(shù)無關(guān)。這就是電磁流量計(jì)的測量原理。
需要說明的是,要使式(3—37)嚴(yán)格成立,必須使測量條件滿足下列假定:
①磁場是均勻分布的恒定磁場;
②被測流體的流速軸對(duì)稱分布;
③被測液體是非磁性的;
④被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。
電磁流量計(jì)在測量液體過程中會(huì)出現(xiàn)有很多氣泡的現(xiàn)象,這常常會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)測量出現(xiàn)誤差,影響使用。
一般電磁流量計(jì)測量的流體都會(huì)含有一些氣泡,而如果這些氣泡分布比較均勻的話是不會(huì)對(duì)測量產(chǎn)生影響的,但氣泡一旦變大的話,則因擦過電極時(shí)能遮蓋整個(gè)電極,使流量信號(hào)輸入回路瞬時(shí)開路,導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)晃動(dòng)。
如何判斷電磁流量計(jì)測量誤差是由被測液體中含有氣泡造成的呢?出現(xiàn)這種情況又如何處理呢?我們簡單介紹一下。
當(dāng)測量結(jié)果出現(xiàn)晃動(dòng)時(shí),立刻切斷磁場的勵(lì)磁回路電流,如果此時(shí)依然有顯示且不穩(wěn)定時(shí),說明大多是由于泡影響造成。
在確定了大量的氣泡影響電磁流量計(jì)的測量結(jié)果后要找到相關(guān)的解決辦法,如果判斷是由安裝位置引起大量氣泡融入液體的,如電磁流量計(jì)裝在管系高點(diǎn)而儲(chǔ)存氣體或外界吸入空氣造成流量計(jì)晃動(dòng)的話,更換安裝位置是較為有效的解決方法,但很多應(yīng)用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換,建議在電磁流量計(jì)上游安裝集氣包和排氣閥,排除多余氣體,減少對(duì)測量結(jié)果的影響因素,確保測量的準(zhǔn)確。