电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应原理设计制造的计量导电介质体积流量的速度式仪表。通常电磁流量计与介质接触的内腔部位为一个圆筒形直管, 一对测量电极镶嵌在中部, 呈对称分布, 电极与介质间的部位为一对直径为6~10 mm的圆饼状薄金属, 其伸出部分厚度仅2~4 mm, 几乎不影响流态的变化。这种简单的无可动部件的内腔结构, 犹如一根普通的圆筒形流体管道, 因而不产生任何压损, 也不会被某些介质中的悬浮物及固态杂质所阻塞。电磁流量计产生的电极信号幅度与流体的流速成正比, 因而电信号经放大处理后得到的流量数据, 线性度非常理想。
电磁流量计测量精度高、量程比宽、重复性和线性均十分优良;通常可测量流速在0.4~12 m/s范围的各种导电介质;可以双向计量;测量介质可以是单一溶液, 也可以是固、液混合物, 也允许有气泡 (气泡和固态物质将增加计量介质体积流量的误差) 。
电磁流量计广泛应用于各类导电介质的计量, 如清水、污水、液态酸、碱、盐、液态有机化工产品、食品工业中的酱油、醋及酒类等。混有块状果肉的苹果酱、混有沙石的混凝土, 这些浆状混合物也可以计量, 只是各种腐蚀性强的介质需配置耐腐蚀的工程材料, 如橡胶、聚四氟乙烯、尼龙等做流量计的内衬。混有气泡和固态物质的酱料需采用特殊的计算方法来减少计量的误差。
一般的电磁流量计由于电路复杂、励磁功率较大, 整机功耗需15~25 V·A, 因而需市电 (AC220 V) 或专用的安全电源 (DC24 V) 供电。随着电子技术突飞猛进的发展, 电磁流量电信号的处理已由2~3 m V精密到0.1 m V, 动态分辨率可以低至±0.000 03 m V, 这种新技术功耗极低, 完全可以电池供电。由此产生了电磁水表的概念———一种仅计量清水、内部采用锂电池供电的长寿命智能型电磁流量计, 由于市场定位和使用要求不同, 两者存在较大的区别, 本文做以下评述。
1 应用领域
(1) 电磁流量计使用广泛, 适用于工业生产中各种导电介质的流量连续计量和生产工艺控制领域、科学研究的计量测控领域。
(2) 电磁水表以计量清水、原水为主。在市政领域得到广泛使用, 主要解决水源和城乡供水的计量、统计、分析、结算功能。
2 精度
(1) 电磁流量计的精度通常为±0.5%, 高精度的可达到±0.2%、±0.3%。
(2) 电磁水表的精度一般为Ⅱ级 (Q2~Q4±2%, Q1~Q2±5%) , 高精度的可达到I级 (Q2~Q4±1%, Q1~Q2±3%) 。
3 口径
(1) 电磁流量计生产厂商大都可以提供DN20~DN500的产品, 规模较大的专业厂商可以提供DN10~DN3000的电磁流量计, DN25~DN600规格的应用数量最多。
(2) 市场应用最多的电磁水表口径在DN50~DN300, 少数先进的跨国专业厂商能生产DN25~DN800口径的全系列电磁水表。
4 量程范围 (计量流速范围) 及量程迁移
(1) 电磁流量计的介质流速测量范围通常为0.4~12m/s, 通常用Qmax和Qmin来定义计量范围, Qmax/Qmin (量程比) 一般在20~25范围, Qmin~Qmax应保证精度。如DN100的0.5级表, 在量程比20的情况下, 在10 m3/h (Qmin) 至200 m3/h (Qmax) 流量范围内, 均应保证±0.5%的精度。作为电磁流量计, 考虑使用的经济性, 常将Qmax选在6.5~8.5 m/s流速范围内, 如上述Qmax为200 m3/h的DN100电磁流量计, 其Qmax流速为7.07 m/s。厂商可以自行规定各种口径的Qmax流速, 例如某型DN100电磁流量计, 其0.5级产品的Qmax为200 m3/h, Qmax/Qmin≥25;Qmax的流速为7.07 m/s, 在8~200 m3/h量程范围内的误差小于±0.3%。
所谓“量程迁移”, 是指该台电磁流量计在某种工艺现场, 其流量计量范围要调整到4~80 m3/h, 且其电流输出的4 m A对应流量是4 m3/h, 20 m A输出时对应的测量值为80 m3/h。即将这台电磁流量计的计量范围由标称的10~200 m3/h, 通过菜单改变参数, “迁移”至4~80 m3/h。当然, 经过这样的量程迁移4~10 m3/h流量段的测量精度将超出±0.5%的精度要求。通常, 电磁流量计的计量上限流量点, 可“迁移”的流速范围为1~10 m/s。选用电磁流量计的口径, 要兼顾经济流速2.5~4.5 m3/h和工艺要求。
(2) 电磁水表的高测量流速可达15 m/s, 通常电磁水表的流量点Q3选在12.5~13.5 m/s流速上。电磁水表的量程范围参照冷水水表标准, 是一种强制执行的标准。众所周知, 冷水水表的流量范围可由Q1 (最小流量) 、Q2 (分界流量) 、Q3 (常用流量) 、Q4 (最大流量) 来表述, 一般情况下, 其流量计量特性可由量程比Q3/Q1 (R值) , Q4/Q3=1.25, Q2/Q1=1.6来反映。目前跨国先进专业厂商的电磁水表, 其Q3/Q1可达400。如西门子Ⅱ级DN100电磁水表, Q3=250 m3/h (流速为13.48 m/s) , Q4=312.5 m3/h (流速为16.85 m/s) , Q3/Q1=400, R2/Q1=1.6, Q2=1.0 m3/h, Q1=0.63 m3/h。
电磁水表没有“量程迁移”的概念, 它的计量范围在始动流量QS至最大流量Q4之间, 选用电磁水表的口径, 主要应考虑满足经济流速。
5 重复性
(1) 对于电磁流量计, 重复性是重要的技术指标之一, 其重复性指标通常为精度的1/3, 例如0.5级精度的电磁流量计, 其重复性应优于±0.16%;0.2级表的重复性应优于±0.06%。
(2) 电磁水表并不把重复性作为一项考核的质量指标, 它仅是一项设计和实验指标。电磁水表最重要的技术指标为精度, 低的始动流量, Q1流量点和量程比 (Q3/Q1) 。当然, 对于流量计来讲, 两者均能保证长期连续的稳定运行是十分重要的。
6 供电方式 (功耗)
(1) 通常电磁流量计的处理速率快、处理精度高, 控制要求快速、稳定、准确。因电磁流量计和外界信息交流方式复杂 (输出4~20 m A电流信号、0~10KC频率信号、RS-485通信、开关量控制等) , 隔离程度高, 因而电子线路多用大量的高速电子元件, 功耗可达15~25 V·A, 这必须由市电 (AC220 V) 和专用外电源 (DC24 V) 供电。因而抗干扰、光电隔离、电磁隔离等防止电源的强电磁冲击等技术措施十分必要。
(2) 电磁水表的采样速率比较慢, 电子线路由先进的低功耗、超低功耗的集成电路为主, 计算方法为特殊的高效省电方式, 因而功耗极低, 可以由内部电池来连续长期供电。这要求电磁水表的电池工作寿命至少为5~6年, 现在也有8~10年的产品。对于电磁水表而言, 降低功耗、提高电池工作寿命是一项难度很大的挑战。