超聲波流量計和汙水處理（lǐ）電磁流量計在不同（tóng）的環境下各有優勢

摘要：通過對超聲波流量計和汙水處理電磁流量（liàng）計概論、工作原理、分類和工作性能區別的（de）比較（jiào），揭示了中國現階段兩（liǎng）種*常用流量計的特征和不同優勢。
1、超聲波流量計（jì）和汙水處理（lǐ）電磁流量計的概念
超聲波流量計是（shì）通過檢測流體流動對超聲束(或超（chāo）聲脈衝)的作用以（yǐ）測量流量的儀表。超（chāo）聲流量計和汙水處理電磁流量計一（yī）樣，因儀（yí）表流通通道未（wèi）設置任何（hé）阻礙件，均屬無阻礙流量（liàng）計，是適於（yú）解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方麵（miàn）有較突出的優點，近年來它是發展迅速的一（yī）類（lèi）流（liú）量計之一。
汙水流量計是一種根據法（fǎ）拉*電磁感應定（dìng）律來測量管內導電介（jiè）質體積流量的感（gǎn）應式儀表，采用單片機嵌入式（shì）技術，實現數字勵磁，同時在汙水處理電磁流量計上采用（yòng）CAN現（xiàn）場總線。
2、超聲波流量計和汙水處理電磁流量計的工作原理
超聲波流量計由（yóu）超（chāo）聲（shēng）波（bō）換能器（qì）、電子線路及（jí）流量顯示和累（lèi）積係統三部分組成。超聲波發射換能（néng）器（qì）將電（diàn）能轉換為超聲波能量，並將其發（fā）射到被測流（liú）體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大並轉換為代表（biǎo）流量的電信號供給顯示和（hé）積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流（liú）量的檢（jiǎn）測和顯示。超聲波流量計常用壓電換（huàn）能器。它利用壓電材料的壓電效應，采用適出的發射電路把電能加到發射換能器的壓電元件上，使其產生超聲波振動（dòng）。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然後由接收換能器接（jiē）收，並經壓電元件變為電能，以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓（yā）電（diàn）效應，而接收換能（néng）器則是利用壓電效應。汙水處理電磁流量計的工作原理是基於法拉*電磁（cí）感（gǎn）應定律。在汙水處理電磁（cí）流量（liàng）計中，測量管內的導電（diàn）介質（zhì）相當於法拉*試驗中的導電金屬杆，上下（xià）兩端的兩個（gè）電磁線圈產生（shēng）恒定磁場。當有導電介質流過時，則會產生感應電壓。管道內部的兩個電*測量產（chǎn）生的感應電壓（yā）。測量管道通過不導電的內襯（chèn）（橡膠，特氟隆等）實現與流體（tǐ）和測量電*的電磁隔（gé）離。導電性液體在垂直於磁場的非磁性測（cè）量管內流動，與流動方向垂直的方向上產生與流量成（chéng）比例的（de）感應電勢，電動勢的方向按“弗（fú）來明右手（shǒu）規則”。
3、超聲波流量計和汙水處理電磁流量計的分（fèn）類（lèi）
根據檢測的方式（shì），可分為傳播速度差法（fǎ）、多普勒法、波束偏（piān）移法、噪聲法及相關法等不同類型的超聲波流量計。根（gēn）據對信號檢測的原理，目（mù）前（qián）超聲波流量計大致可分傳播速度（dù）差法(包括：直接時差法、時差法、相位差（chà）法、頻差法)波（bō）束（shù）偏（piān）移法、多普勒法、相（xiàng）關法、空間濾（lǜ）波法及噪（zào）聲法等類型。其中以噪聲法原理及結構*簡單，便於測量和攜帶，價格便宜（yí）但（dàn）準確（què）度較低，適於（yú）在流量測量準確度要求不高的場合使用。
由於直接時（shí）差（chà）法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測（cè）量超聲波脈衝順流和（hé）逆流傳報時速度之差來反映（yìng）流（liú）體的流速（sù）的，故（gù）又統稱為傳播速（sù）度差法。其中頻差（chà）法和時差（chà）法克（kè）服（fú）了聲（shēng）速隨流體溫（wēn）度變化帶來的誤差，準確度較高（gāo），所（suǒ）以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為（wéi）：Z法(透過法)、V法（fǎ）(反射（shè）法（fǎ）)、X法(交叉法)等。
汙水處理電磁流量計按激磁電流方式劃分，有直流激磁、交流（工頻或其他頻率）激磁、低頻矩形波激磁和（hé）雙頻矩形波激磁；按輸出信號連接和激磁（或電源）連線的製式分類，有四線製和二線製；按轉換器與傳感器組裝方式分類，有分體型和一體型；按流量傳感（gǎn）器與管道連接方（fāng）式分類，有法蘭型、夾持型、衛生型、插入型、螺紋連接；按流量傳感器電*是否與被測液體接觸分類，有接觸型和非接觸型；按流量傳感器結構（gòu）分類，有（yǒu）短管型和插入型(插入式汙水處理電磁流量計)；按用途分類，有通用型、防爆型、衛生型、防侵水型和用於明渠（qú）流（liú）量測量的潛水型（明渠流量計）。
4、超聲（shēng）波流量計和汙水處理電磁流量計的主要區（qū）別
4.1介質不同
超聲波流量計的流量測量準確度幾乎不受（shòu）被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數的影響，又可製成非接觸及便攜式測量儀表，故可（kě）解決其它類型（xíng）儀表所難以測量（liàng）的強腐蝕（shí）性、非導電性、放射（shè）性及易燃易爆介質的流量測（cè）量問題。
汙水處理電磁流量計（jì）不能測量導電（diàn）率很低的液體，如石石油製品和有機溶劑等。通用（yòng）型（xíng）汙水處理電磁流量計由於裏襯材（cái）料限製，不能測量溫度較高液體。汙（wū）水處理電磁流量（liàng）計（jì）是通過測量導電液體的速度確定（dìng）工（gōng）作狀態（tài）下的體積流量。按照計量要求，對於液態介（jiè）質（zhì），應測量質（zhì）量流（liú）量，測量介（jiè）質流量應涉及到流體的密度（dù），不同流體介質具有不同的密度，而（ér）且隨溫度變化。如果汙水處理電磁流量計轉換器不考慮流體密度，僅給出常溫狀態下的體積流量（liàng）是不（bú）合（hé）適的。
4.2準確度不同
超聲波流量（liàng）計是通過測量流體速度來確定體積（jī）流量，對液體應該測量它的質量流量，儀表測量質量流量是通過體積流量乘以人為設定的密（mì）度後得到的，當流體溫度變（biàn）化（huà）時，流體密度是變化的，人為設定密度值，不能保證質量流（liú）量的準確度。隻能在測量流體速度的同時，又測量了流體密度，才能通過（guò）運算，得到真實質量流（liú）量值。
從超聲波流量計在國（guó）內市場使用的經驗（yàn）來看，目（mù）前所存（cún）在的（de）缺點主要是可測流體的（de）溫（wēn）度範圍受超聲波換能鋁和換（huàn）能器與管道之間的耦（ǒu）合材料耐溫程度的限製，另外（wài）不足的是（shì）高溫下被測流體傳聲速度（dù）的原始數據不全。目前（qián）中國的超聲波流量計隻能用於測量200℃以下的流體。
超（chāo）聲波流量計和汙水處理電磁流量計的測量（liàng）媒介（jiè）不同，超聲（shēng）波是采用聲波，頻率很低，超聲波頻率20KHz~100KHz，雷達是采用2.4GHz級別的電（diàn）磁波，超聲波的限製性比較大（dà），很容易受到其它（tā）鐵製物體的幹擾，另外頻率（lǜ）低，衰（shuāi）減（jiǎn）大，測量（liàng）範圍小，應用的麵比較窄，常用在大（dà）口徑的水（shuǐ）管線的流量測量和明渠類流量計測液（yè）位來換算成流量。也有用在固（gù）體料倉（cāng）上的。電磁的頻率（lǜ）高，衰減小，如果（guǒ）加上導波管測量範圍（wéi）可以很大（dà），用在儲罐上比較（jiào）多。但是需要注意介（jiè）電常數，介電常（cháng）數太小（xiǎo）的介質沒法測或測量範圍很小。由於這種傳（chuán）感器（qì）必須保持管道內電阻（zǔ）和測量電路阻抗之間有一定比例（lì）關係，因此在製造上有一定困難。當被測介質的電導率約為10Ω/cm時就開始（shǐ）產生困難，電導率更低時就產生（shēng）原理性困難。 當電導率為10Ω/cm時，就達到導電介（jiè）質和電介質之間的“分界線”，熱噪聲電平（píng）隨（suí）內阻的增大而顯著增加。
高精度超聲流量計均為多聲道或管段式，中、小口徑管段式超聲流量計通常都做實流標定（dìng），具有0.5％準確度。目（mù）前廣泛使用的國產單聲道超聲流量標稱精度（dù）為1％，但在實際應用中，由於（yú）現場管（guǎn）道的內徑、壁厚、 圓度都無法精確測（cè）量等諸多因素會使測量準（zhǔn）確度超出標稱準確（què）度許多，對供水行業的計量來說，超聲（shēng）波流量計的實際測（cè）量誤差能控製在3％以內就算高準確度了。
4.3安裝、維護、檢定成本不同
超聲波流量計適用於大（dà）型圓形管道和矩形管道，且原理上不受（shòu）管徑限製，其造價基本上與管徑無關（guān）。對於大型管（guǎn）道不僅帶來方便，可認為（wéi）在無法實現實流校驗的（de）情況下是優先考慮的選擇方案。超聲流（liú）量（liàng）計可作非接觸測量。夾裝式換能器超聲流量（liàng）計可無需停流截管（guǎn）安裝，隻要在既設管道外部（bù）安裝（zhuāng）換（huàn）能（néng）器即可。這是超聲（shēng）流量計在工業（yè）用流量儀表中具有的獨（dú）特優點，因此可作移動性(即非定點固定安裝)測量，適用於管網流動狀況（kuàng）評估測定超聲流量計為無流動阻撓測量，無額外壓力損失。流量計的儀表係數是可從實際測量管道及聲道等幾何尺寸計算求得的（de），既可采用（yòng）幹法標定，除帶測量管段式外一般不需作實流校（xiào）驗。超聲波流量（liàng）計主要是管外安裝和（hé）插入式安裝，簡（jiǎn）單方便，可在線拆卸，維護時不需要工藝停（tíng）車，不影響生產，檢定費用（yòng）低，按**計量檢定規程每3年檢（jiǎn）定一次（cì）。
汙水處理電磁流（liú）量計的安（ān）裝與調試比其它流量計複雜，且要求更嚴格。變送器和轉換器必須配套使（shǐ）用，兩者之間不能用兩種不（bú）同型（xíng）號的儀表配用（yòng）。在安裝變送器時，從安（ān）裝（zhuāng）地點（diǎn）的選擇到具體的安裝調試，必（bì）須嚴格按照（zhào）產品說明書要求進行。安裝（zhuāng）地點不能有振動，不能有強磁場。在安裝時（shí）必須使變（biàn）送器和管道有良好的接觸及良（liáng）好的接地。變送（sòng）器的電位（wèi）與（yǔ）被測流體等電（diàn）位。在使用時，必須排盡測量管中存（cún）留（liú）的氣體，否則會造成較大的測量誤差。汙水處理（lǐ）電磁流量計需要在有電導率（lǜ）的液體條（tiáo）件下安裝（zhuāng），而且一般（bān）汙水（shuǐ）處理電磁流量計的安（ān）裝必須截管安裝（zhuāng），但是汙水處（chù）理電磁流量計的特點是在符合條件的現場條件下準確度高。汙水處理電磁流量計（jì）拆卸麻煩，必須要求工藝停車，拆卸送檢麻煩，如果是0.5％準確度按**計量檢定規程每半（bàn）年需檢定一次。
4.4幹擾來源不同
幹擾了（le）超聲波工作，就是幹（gàn）擾了超聲波（bō）流量計工作。幹擾超聲波工作的主要因素有溫度的劇烈變化和雜（zá）波的幹擾，或管道（dào）內有特定角（jiǎo）度（dù）的（de）旋流或者結構使得流量計（jì）發射出的超聲波不能有效的回收。
電（diàn）化學*化電（diàn）勢幹擾是由於電*感生電動勢在兩**性不同而導致電解質在電*表麵*化產生。雖然（rán）采用正負（fù）交變勵磁磁場能顯著減弱*化電勢的數量級，但不能根本上完（wán）全消除*化電（diàn）勢幹擾（rǎo）。其特（tè）性於流體介質（zhì）的性質、電*材料性質、電*的外形尺寸（cùn）形狀有關，具有變化緩慢，數量級不大等特點。因此選擇合適的電*材（cái）料，設計*佳的電*形狀的尺寸是減小（xiǎo）*化電勢的有效方法之一（yī）。另外采用（yòng）正負兩*性（xìng）交變的矩形波勵磁技術配合微處理器同步寬（kuān）脈衝采樣技術，到用微處（chù）理器運算功能前後兩（liǎng）次采樣值相減消除流量信號電勢中的*化電勢幹擾。
工頻幹擾噪聲是由（yóu）電磁流量傳感器勵磁繞組和流體、電*、放大器輸入回路的電（diàn）磁耦合，另（lìng）外汙水處理（lǐ）電（diàn）磁流量計工作現場的工頻共（gòng）模幹擾，其三供電（diàn）電源引入的工頻串模（mó）幹擾（rǎo）等，其產生的物理機（jī）理均是電磁感應原理。*先就電磁流量傳（chuán）感器勵磁繞組和流（liú）體、電*、放大器輸入回路的電磁（cí）耦合產生的工頻幹擾對汙水處理電磁流量計工作影（yǐng）響*大，而且在不同的勵磁技術下（xià）其表現的形態、特性不（bú）同，因而采（cǎi）取抗幹（gàn）擾措施也（yě）不同。解決汙水處理電磁流量（liàng）計運行中（zhōng）出現的問題，可采（cǎi）用新型HCMOS係列芯片技術和微處理器係統電源電（diàn）壓監視技術。
5、結語（yǔ）
綜合（hé）以上論述，超聲波流量計和汙水處（chù）理電磁流量計在不同的環境下各有優勢（shì）。在小成本作業，對測量準（zhǔn）確度要求不高的情（qíng）況下，宜多使用超聲波（bō）流量計；在安裝、維護資金充足，對測量準確度要求高（gāo）的情況下，應多采用汙水處（chù）理電磁流量計。當然，計量檢（jiǎn）測人員要認真考察工作環境中對流量計的幹（gàn）擾來源（yuán），並采取有效的抗幹擾措施（shī）。

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