智能型電磁汙水流量計和超聲流量計在汙水處理廠（chǎng）的應用

摘要：水資源的短缺（quē）已稱為製約我國可持續發展道路（lù）的主要因素。除（chú）了節（jiē）約用水外，水汙染的防治也（yě）是水資（zī）源保護的當務之急。建（jiàn）立汙水處理廠是治理汙水的重要手段（duàn）之一。液體流量計作為汙水處理（lǐ）廠中的計量（liàng）器具，是雙方貿易結算的依（yī）據。本文（wén）主要是通過對（duì）智能型電磁汙（wū）水流量計和超聲流量計的介紹，為汙水廠在流量計的選用中提供參考。
當前（qián），我國是嚴（yán）重水匱乏的**，水資（zī）源的短缺已成為可持（chí）續（xù）發展的（de）嚴重製約因素，可以說（shuō）已經成為我（wǒ）國可持續發展的瓶頸。水資源時空分布嚴重不均，人口眾多和傳統（tǒng）工（gōng）業經濟發展速度（dù）較快加劇了缺水問題；嚴重（chóng）的水汙染又使缺水問題日益突出；因此，水（shuǐ）汙染防治是水資源保護的當務之急。節（jiē）水（shuǐ）是從（cóng）量上保護水資（zī）源，防治汙染（rǎn）是（shì）從（cóng）質上保護水資（zī）源（yuán），二者缺一不可，相輔（fǔ）相成，節水本身就減少了汙染（rǎn）總量；汙染的防治則實（shí）際上減少了不可利用的水量，等於節水。
汙水處理廠的建設是治理（lǐ）汙水的重要手段之一。目前，天津（jīn）市投入運行的汙水處理廠達到（dào）58座，累計日處理能力達到260萬t，使全市汙水處理率達到85%以上（城區90%以上）。現有的汙水處理（lǐ）廠大多是由企業投資建設，處理汙水所需的費用由政府結算。液體流量計作為汙水處理廠中的主要計量器具，是雙方結（jié）算的依據。由於其他類型液體流量計（如渦輪流量計、渦街流量計等）對（duì）水質要求比較高，汙水處理廠中（zhōng）常用液體流量計是智能型電磁汙水流量計和超聲流量計。

1、智能型電磁汙（wū）水流量計的測量原理是根據法拉*電磁感應定律，當一導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端即產生感應電動勢（shì），其方向由右手定（dìng）則確定，其大小與（yǔ）磁場的（de）磁感應強度、導體在磁場內的（de）長度及導體的運動速度成正比，如果，三者互相垂直，則E=BLu （1-1）

若在磁感應強度為B的均與磁場中，垂直於磁場方向放一個內徑為D的不導磁管道，當導電液（yè）體在管道中以流速u流動時，導電流體就切割磁（cí）力線。如果在（zài）管（guǎn）道截麵上垂直於磁場的直徑兩端安裝一對電（diàn）*則可以證明，兩電*之（zhī）間也將產（chǎn）生感應電動勢E=kBDv （1-2）

圓形截麵（miàn）測（cè）量管道（dào）的體積流量qv為

由此可以進一步表示

其中：流量計的校準係數，該係數實（shí）際上通常是靠實流校準得到。
由上式可見，體積（jī）流量qv與感應電動勢和測量管內徑呈線性關係，與（yǔ）磁場的（de）磁感應強度呈反比，與其（qí）他物理（lǐ）參數無關，這也是智能型電（diàn）磁汙（wū）水流量計的*大優點。它的結構主要包括流量傳（chuán）感器與轉換器兩部分組（zǔ）成。傳感器主要由一段流過被測導電（diàn）液體的測量管；內襯通常是（shì）絕緣的，一對或多對（duì）電*測量管道內導電液體流動產生的（de）信號；在測量管中產（chǎn）生磁場的電（diàn）磁體。轉換器主要采用模（mó）擬集成運算放大電路對傳感器電*產生（shēng）的電（diàn）信號進行放大處理（lǐ），來反（fǎn）映管道中流量的變化，通過二次顯示儀表（biǎo）讀（dú）取流量值。
2、超聲流量計以測量超聲波在（zài）流動介質中傳播的時（shí）間與流量的關係為原理。通常認為（wéi）超聲波在流體中的實（shí）際傳播速度是由介質靜止狀態下超聲波的傳播速度cf和流體軸向平（píng）均流速vm在超聲波傳播方向上的（de）分量組成。如圖，順流和逆流傳播時間（jiān）與各量之（zhī）間的關係是

可利用式（1-5）的兩（liǎng）個公式得出流體（tǐ）流速的表達式

也可以（yǐ）用相似的方法獲得超聲波的傳播速度

將測得的（de）多（duō）個聲道的流體流速（sù）vi，=1，2，……，k；利用數學的函數關係聯合（hé）起來，可得到管道平（píng）均流速的估計值，乘以（yǐ）過流麵積，即可得到體積（jī）流量，則：

超聲波流量計主要由流（liú）量計表體、超聲換能器及（jí）其安裝部件、信號處理單元和流量計算機組成。對於現場接觸式和外（wài）夾式流量計（jì），安裝換能器處的管道可做表體使（shǐ）用，接觸（chù）式流量計的換能器直接與被測流體接觸，外（wài）夾式流量計的換能器緊密安裝在管道（dào）外壁。
3、兩種流量計有各自的優缺點：
（1）智能型電磁汙水流量計在汙水測（cè）量中（zhōng）的（de）優點主要（yào）有以下幾個方麵：
（a）壓力損失小相對較小。智能（néng）型電磁汙水流量計的傳（chuán）感器結構簡單，測量管內沒有可（kě）動部件，也（yě）沒有任何阻礙流體流動的節流部件，當流體通（tōng）過流量計時不會引（yǐn）起任何附加的壓力損失，流（liú）量計的阻（zǔ）力僅是同（tóng）一長度管（guǎn）道的沿程阻（zǔ）力，是流量（liàng）計中運行能耗*低的流量儀表之一。
（b）可以測量髒汙介（jiè）質及懸濁（zhuó）性液固兩相流的流量。智能型（xíng）電磁汙水流量計的測量通道是一段無阻流（liú）檢測件的光（guāng）滑直管（guǎn），不易阻塞含（hán）有固體顆粒或纖維的液固二相流體。
（c）智能（néng）型電磁汙水流量計所測得的體積流量，實際上不受流體密度、粘（zhān）度、溫度、壓力和電導率（lǜ）變化（huà）的影響。缺點主要是不能測量含有大量氣體的液體（tǐ）。
（2）超聲流（liú）量計在汙水測量（liàng）中的優點主要有以（yǐ）下幾個方麵：
（a）可做非接觸式測量。
（b）和智能（néng）型電磁汙水流量計一般為無流動阻撓測量，沒有壓力損失。
（c）可測量（liàng）非導電（diàn）性液體，對無阻撓測量（liàng）的智能型電磁汙水流量計是一種補充。時間法超聲流量計（jì）隻能用於清潔液體（tǐ），一般在汙水廠中主要用（yòng）於（yú）出水管道流量的（de）測量。考慮到汙水測量過程（chéng）中管道中雜質、氣泡對智能型電磁汙水流量計的影響，以及超聲流量計在日常維（wéi）護與保（bǎo）養得重要性，一種專用於汙水測量的流量計，將是流量工作者今後努力研究的方向。