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污水流量计测量误差原因剖析及对策

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污水流量计测量误差原因剖析及对策
点击次数: 发布时间:2018-08-22
摘 要 简要介绍了污水流量计的基本原理,结合实际,详细分析了污水流量计测量误差产生的原因,并给出了相应的减小测量误差的措施。
0 引言
污水流量计由于具有许多优点,现已被广泛应用于冶金、石化、化工、电力、环保、废水及城市公用事业等许多领域,在流量计量中发挥着巨大的作用。在实际应用中,污水流量计具有非常严格的使用要求,如果设备选型、安装或使用不当,则会引起测量误差增大、示值不稳。因此,研究污水流量计测量误差产生的原因及相应的解决办法就显得尤为重要。
1 基本原理
污水流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律,即导体在磁场中作切割磁力线运动时,在其两端产生感应电动势。对于污水流量计,导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动时,在与流向和磁场垂直方向上会产生与流量成正比的感应电动势,其大小为:
E=kBDv(1)
式中:E为感应电动势(V),k为系数;B为磁感应强度(T);D为两电极间距离(此处为测量管内径,m);v为流体流动速度(m/s)。
如令流体体积流量为qv(m3/s),则有

由此可见,E与qv成正比,此即污水流量计测量流量的理论依据。
2 测量误差原因剖析及对策
由式(3)可知,k、B和D的变化以及磁场方向、电极连线与流体流向三者的垂直度都会引起测量误差,也即造成污水流量计测量误差的原因很多,包括仪表选型、安装环境、安装方法、使用及维护等诸多因素。
2.1 待测液体中含有气泡
这是一种常见现象,气泡的形成有外界吸入(如泵轴密封性变坏、负压端管道连接垫圈泄露等)或液体中溶解气体(空气)转变成游离状气泡析出两种途径,此时测量结果为包括气泡体积的流量,这就导致了测量误差。同时,如果气泡直径大于或等于电极直径,还可造成测量值不稳定,使测量显示值波动,如一台DN2200污水流量计因气泡造成的波动可达20%~50%。
解决办法:1)更换安装位置;2)如安装位置不易更换,可在流量计上游安装集气器,定期排气。
2.2 待测液体非满管
非满管是含有气泡的一种极端情况,此时,如果液面高于电极水平面,前后直管段(可取前10D后5D)比较理想,测量一般是稳定的,但测量结果包含了管内上半部的气体体积,测量误差大;如果液面低于电极水平面,则测量回路处于开路状态,测量结果严重失真。
解决办法:1)尽量将污水流量计安装在自下而上流动的垂直管道上;2)很多情况下污水流量计水平安装,此时应安装在管道最低端,且电极轴线应平行于地平线(否则处于低位的电极易被沉积物覆盖);3)传感器应安装在泵的下游、控制阀的上游,以防止测量管内产生负压;4)传感器安装口应有一定的背压,别离直接排放口太近;5)现在已有新型污水流量计,可用来测量非满管等自由表面自由流动液体流量,如市政工程下水、工业废水排放计量等。
2.3 待测液体电导率剧变
如果被测液体电导率高频率大幅度剧变,则会造成显示值高频大幅波动,甚至无法正常监视或相应控制系统无法正常工作。这种现象多见于化工行业。
解决这种问题的办法是尽量从流量计下游注入化学物质,如果必须从上游注入时,则要在上游装上足以完成化学反应或保证物料充分混合的直管段或反应器,以保证混合分布足够均匀。
2.4 待测液体电导率太低
被测液体电导率降低,会增加电极的输出阻抗(由被测液体电导率和电极大小决定),并由转换器输入阻抗引起负载效应而产生测量误差,如果实际电导率低于下限值(一般为5μS/cm),则仪器不能正常工作,示值会晃动。
解决办法:1)选用其它满足要求的低电导率污水流量计,如电容式污水流量计;2)选用其它原理流量计,如孔板等。
2.5空间电磁波干扰
如果传感器与转换器间的电缆较长且周围有强电磁干扰,则电缆可能引入干扰信号,形成共模干扰,造成显示失真、非线性或大幅晃动。
解决办法:1)尽量远离强磁场(如大电机、大变压器和电力电缆附近);2)尽量缩短电缆长度;3)采用屏蔽措施,包括采用符合要求的屏蔽电缆和将电缆单独穿在接地钢管内(不能与电源线同穿于一根管内)。
2.6传感器接地
传感器的输出信号很小,通常只要几毫伏,为了提高抗干扰能力,传感器的零电位必须单独可靠接地,且传感器输出信号接地点应与被测流体电气连接。传感器的接地电阻通常应小于10Ψ,在连接传感器的管道内涂有绝缘层或采用非金属管道时,传感器两侧应安装接地环,并可靠接地,以使流体接地,流体电位与地电位相同。
2.7测量管内有附着层
污水流量计常用来测量有易粘附、沉淀、结垢等非清洁流体的流量,电极表面和管道内壁常会受到污染。若附着层电导率与流体电导率相近,则不会产生原理性误差,仪表示值还能正常,只是流体实际流通面积有所减小;若附着层为高电导率物质,则会使传感器二电极间电阻变的很小,甚至短路,输出显示负偏差,甚至不能正常工作;若附着层为绝缘性物质,则电极间阻抗增加甚至开路,使误差增大,甚至不能正常工作。
解决办法:1)尽量选用玻璃或聚四氯乙烯等难附着沉淀的衬里;2)定期清洗,可采用机械法或化学法;3)流速不低于2m/s,最好提高到3~4m/s以上,这样在一定程度上可起到自动清洗管道的目的,防止粘附沉淀。
2.8待测液体非对称流动
正常情况下,要求流体在管道内流速为轴对称分布,磁场均匀,E与v成正比。而实际上常会出现非轴对称流速分布,此时,任一流向可分为两种流动的组合:一种是沿管道轴线的直线流,它对管道横截面的积分为待测液体的体积流量;另一种是纯粹的旋涡流,它对管道横截面的积分为零,如旋涡流对输出产生影响,即产生误差。
解决办法:1)上游有足够的直管段(5D以上,视具体情况而定),以保证流速按同心圆分布;2)流量计内径应与上下游一定范围内的管道内径相同,否则会使流速分布不均匀;3)如果上游直管段不足,可安装流量调节器,这样只能作部分补偿。
2.9连接电缆问题
污水流量计是由特定的电缆将传感器和转换器连成一个系统,电缆长度、绝缘情况、屏蔽层数、分布电容及导体横截面积等都会对测量结果产生影响,严重的还可能使流量计无法正常工作。
解决办法:1)电缆越短越好,其长度应在允许的范围之内,最大长度由待测液体电导率、屏蔽层数、分布电容及导体横截面积等决定;2)应避免中间接头,末端应处理好、连接好;3)尽量使用规定型号的电缆。
2.10电极及衬里材料选择问题
电极及衬里材料直接与待测液体接触,应根据待测液体的特性(如腐蚀性、磨蚀性等)及工作温度选择电极及衬里材料,如选择不当,则会造成附着速度快、腐蚀、结垢、磨损、衬里变形等问题,进而产生测量误差,所以在设备选型时应给于高度重视。
2.11励磁稳定性问题
污水流量计的励磁方式有直流励磁、交流正弦波励磁和双频矩形波励磁等,直流励磁容易产生电极极化和直流干扰问题,交流正弦励磁容易引起零点变动,而双频矩形波励磁既有低频矩形波励磁优良的零点稳定性,又有高频矩形波励磁对流体噪声较强的抑制能力,是一种较理想的励磁方式。实际应用时,应尽量保证电源电压和频率的稳定,以确保磁场强度恒定,减小由于磁场强度变化引起的测量误差。
2.12 待测液体流速问题
污水流量计可测的流速范围一般为0.5~10m/s,经济流速范围为1.5~3m/s。实际使用时要根据待测流量大小及污水流量计可测流速范围来确定测量管内径。
2.13混合相流体流量测量问题
用污水流量计测量液固混合相流体(如含泥沙的水)的流量时,如果选用由单相液体校准的污水流量计,则会产生测量误差,此时应选择不会引起液固相分离的直管段处安装传感器。
2.14电极与励磁线圈对称性问题
在加工制造过程中,污水流量计的电极与励磁线圈要严格对称,否则会存在不对称偏差,进而对测量结果产生一定的影响,造成测量误差。
2.15安装点振动问题
污水流量计对安装地点的振动有严格要求,尤其是一体型污水流量计,必须安装在振动小的场所,否则会产生一定的测量误差,严重时仪表不能正常工作。
3 结束语
影响污水流量计测量准确度的因素很多,但只要深入掌握污水流量计的工作原理,认真对污水流量计测量系统的各个环节进行分析,就不难找出合理的减小测量误差的办法,从而保证污水流量计稳定运行和准确计量。
 

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