一、概述： 

矿井水流量计采用新技术。利用恒流低频三值矩形波或双频矩形波励磁，既有矩形波磁场的优点，又克服了正弦波 磁场的缺点；还可以消除电源电压波动、电源频率变化及励磁线圈阻抗变化所造成的误差；并有的零点稳定性和不受流体噪声干扰影响。从而具有高稳定性、高可靠性的特点。 

二、测量原理： 

矿井水流量计根据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势，此感应电势由两个检测电极检出，数值大小与流量成正比例，其值为：E=KBVD式中： 

E－感应电势； 

K－与磁场分布及轴向长度有关的系数； 

B－磁感应强度； 

V－导电液体平均流速； 

D－电极间距；(测量管内直径) 

传感器将感应电势E作为流量信号，传送到转换器，经放大，变换滤波用一系列的数字处理后，用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。转换器有4～20mA输出，报警输出及频率输出，并设有RS－485等通讯接口，并支持HART和MODBUS协议。 矿井水流量计是根据法拉第电磁感应定律用来测量导电性液体体积流量的仪表。它可在层流、紊流、脉动流量以及产生流线振动等情况下对流体进行流量测量.由于其测量管光滑,压力损失小,测量范围宽,反应灵敏,能获得与流量成比例的信号,加之其测量管直通,便于清洗和灭菌消毒,因此它在用于特殊卫生要求的医药和食品工业中得到了广泛的应用.特别是大口径矿井水流量计在给排水工程、港口疏流和废水处理系统中更是大显身手。

详细介绍

自法拉第1831年发现电磁感应定律后,1832年他便期望利用地球的地磁场来测量英国泰晤士河水的潮汐和流量,但试验进行三天便失败了。这也是早的一次矿井水流量计的试验。

1932年,生物学家A.Kolin个成功地完成了圆形管道的矿井水流量计,可用来测量和记录瞬时动脉血液流量。

1954年,Foxbor公司推出了一个矿井水流量计产品。

1955年,日本也制成了矿井水流量计,几乎同时前苏联、英国、前西德也相继试制成功.我国在1957年才开始研制矿井水流量计。

经过几十年的发展,国内外生产矿井水流量计的厂家如雨后春笋般迅速发展起来。目前国外主要厂家有:日本横河公司(YEWMAG,ADMAG型),日立公司(FMP-51型),美国Brooks公司(Maglite,May7500系列),Foxbor公司(M800型),德国KROHNK公司(KXBO,K180,K280,以及K480型等),Endress+Hauser(Mastermag型等)等厂家。

据1994年7月《计装》杂志报导,美国1989年的实际流量仪表市场为7.25亿美元,矿井水流量计占9.7%;日本1992年的实际流量仪表市场为591亿日元,其中矿井水流量计占16.5%,仅次于差压式流量计位于第二,足见矿井水流量计在流量计量工业中的重要地位。

标定技术

长期以来,国内外矿井水流量计只能用实流标定.随着矿井水流量计产品的精度、流程范围及规格提高(达0.2级精度,1000∶1流程范围,3m以上口径),生产、使用和计量管理时标定它的技术设备费用也越来越高.上海光华美而特仪器有限公司引进一套2m口径的实流标定技术设备费用近400万马克,标定用的水塔高达36m,大口径标定设备的使用代价也很惊人,1m口径的流量计在1m/s流速标定时,就需要2827m3/h的水流量。目前国内的计量管理结构和企业就很难对矿井水流量计进行必需的校验标定.因此实现矿井水流量计的非实流标定就具有相当的意义.下面介绍一种的用静止的电解质溶液内的离子电流等效实际流量的离子电流的标定方法。

(1)设计思想

向静止的电解质溶液加入可控电流I,使溶液内离子沿传感器管道有可控速度V,于垂直磁场B的作用下在传感器内两个信号电极轴向产生电场E.可得出在传感器信号电极两端的电动势就是液体内离子流速V在磁场和边界条件(即传感器的电极与管道空间关系决定的权重函数)下的解;利用电解质标准溶液淌度作流量基准,便可得出标定用电解质液体的离子速度,则对应离子电流就可具体等效于实际流体的流量值。

(2)理论依据

对于宽度为Wm,厚度为Hm,霍尔系数为Rm3/C的矩形截面的霍尔效应中,在离子电流I和磁场B下有霍尔电势U∶U=(RIB)/H.改写为U=[(R/I)/(WH)]BW,当设V=(R/I)/(WH)时,V的量纲就是m/s,即V就是导电离子的截面平均流速,则有霍尔电势为U=VBW,这即为矩形截面管道矿井水流量计传感器电极所得的电势形式[4].因此圆管道矿井水流量计就是基本方程在磁场、电极与管道空间关系决定权重函数条件下的电极电势解。

离子电流标定法能实现对各种口径矿井水流量计的标定,特别是对大口径、高精度、宽量程的矿井水流量计标定更具有非凡的意义。

2.2　零点稳定性

励磁频率是影响矿井水流量计的动态响应速度和零点稳定性的主要性能指标.。励磁频率低,零点稳定性高,但仪表抗低频干扰能力减弱,响应速度慢;励磁频率高,仪表抗干扰能力强,响应速度快,但零点稳定性差.很长一段时期,励磁技术制约着矿井水流量计的发展。

(1)双频励磁

1988年,日本横河公司推出了双频励磁技术,由低频(6.25Hz)矩形波和高频(75Hz)矩形波叠加构成励磁电流的波形,对两种频率采样,得到高频和低频两种流量信号,这样可达到零点稳定性好、响应速度快(可达0.1s)、抗低频干扰能力强的要求。在流量较稳定的情况下,该方法能取得满意的效果,但当流量连续波动时,保证叠加后的线性度的技术难度高。

(2)零点动态相关互补法

通过两个采样保持器,在一个正向(或负向)激磁下动态消除信号的零点漂动值,与励磁频率无关.这样,可使用较高的励磁频率,并同时获得稳定的零点,也易消除流动噪声.但必须使相关互补达到较理想时才能有较好的综合性能指标。

2.3　励磁功率

励磁功率对矿井水流量计的防爆性能和传感器的灵敏度及感应信号的信噪比有着重要影响。励磁电流直接影响励磁功率.励磁电流小,则励磁功率小,矿井水流量计防爆性能好,但传感器灵敏度减小,感应信号的信噪比下降,量程变小,精度降低。

通过零点自动动态辨识与反馈补偿,可获得较好的效果.即首先对信号进行零点漂移的动态辨识(判断出零点漂动值以及是否是流体流速在变化),再将漂动值反馈到前级放大器,使放大器在消除零点后对信号进行高增益放大。这样,即使对较小的励磁电流,也能获得响应速度快、量程范围大、精度高等性能指标.为矿井水流量计在防爆要求高的化学工业中的应用开辟了很好的前景。

矿井水流量计的安装及使用注意事项

1） 安装详细要求可查阅用户手册，但需注意：①满足传感器上游工艺直管段长度＞10 D 传（传感器公称直径）、下游直管段长度＞5 D 传的安装要求。②保证被测液体必须充满传感器测量管。传感器若安装在垂直管道，流体流向必须是由下而上；

若安装在水平管道，不能满足满管要求时可设置U型弯。③传感器不能安装在可能出现负压的场合，否则会使聚四氟乙烯类衬里变形而损坏流量计。

2） 接线和菜单设置查阅用户手册进行，并注意：①传感器公称直径必须与现场相符，仪表系数的设置必须与传感器的铭牌保持一致；②为了消除管道晃动、楼房振动及周围电磁波干扰，通常进行小流量信号切除设置，一般为3%～10%；③菜单设置完毕后，维持电源在接通状态至少30 s，否则参数设置后电源立即关闭，设置会被取消。

常见故障判断及处理

1） 无显示：①回路开路、端子松动或电源断。重新接线、送电。②传感器上箭头与流体流动方向不一致或流体流向设置错误。改变安装方向或重新设置流体流向。

2） 流量不稳定：①流体未充满、流体中有气泡或存在两相流。改变工艺条件，满足测量要求。②接地不良或接地电阻不能满足要求。这是运行中见故障，一般用截面积≥2 mm2的电缆接地，接地电阻≤10 Ω。③流量计附近有电焊机、变压器或其他大功率电器工作。采取对传感器与转换器的连接线、转换器的输出信号线使用屏蔽电缆避免。

选型表