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氨水流量计设计工作原理

2019-09-05    来源:红旗仪表(江苏)有限公司

氨水流量计设计工作原理
发明背景

电磁流量计为如下测量设备,其具备:励磁线圈,其在与在测定管内流动的流体的流动方向垂直的方向上产生磁场;以及一对电极,它们配置在测定管上,沿与由励磁线圈产生的磁场正交的方向配置,该测量设备一边交替切换流至励磁线圈的励磁电流的极性、一边检测上述电极间产生的电动势,由此测量在测定管内流动的被检测流体的流量。

通常,电磁流量计大致分为接触式和电容式(非接触式),所述接触式是使设置在测定管上的电极直接接触测量对象的流体来检测上述流体的电动势,所述电容式(非接触式)是经由流体与电极间的静电电容来检测上述流体的电动势而不会使设置在测定管上的电极接触测量对象的流体。

电容式电磁流量计是利用信号放大电路(例如差动放大电路)来放大电极间产生的电动势,之后利用模数转换电路转换为数字信号,并将该数字信号输入至微控制器等程序处理装置来执行规定的运算处理,由此算出流量。这种电容式电磁流量计因电极不易劣化、容易维护,所以近年来特别受到业界关注。

此外,电磁流量计当中,存在具备不仅测量流体的流量、还测量该流体的电导率(所谓的导电率)的功能的电磁流量计。例如,专利文献3中揭示有一种配备双电极方式的电导率计的电磁流量计,所述双电极方式的电导率计对2个电极间施加正弦波或矩形波等的交流信号并测定在电极间流通的电流,由此求出电导率。该专利文献揭示的电导率计是通过将2个电极均浸入测量对象的液体来测量电导率。

发明内容

本发明者对在电容式电磁流量计中追加测量流体的电导率的功能这一内容进行了研究。然而,根据本发明者的研究,明确了存在以下所示的问题。

电磁流量计的工作原理及设计

通常,电容式电磁流量计是以测量对象的流体与电极不接触的方式构成,因此测量对象的流体与电极之间的阻抗升高。因此,当噪声重叠在电极与信号放大电路的输入端子之间的线路上时,存在电磁流量计的测量精度及测量稳定性降低的问题。因此,在普通的电容式电磁流量计中,将励磁电流的频率设定为比普通的接触式电磁流量计高的几十Hz~几百Hz。

另一方面,将2个电极均浸入检测对象的流体(液体)来测量电导率的电导率计通常是将施加至2个电极间的交流信号的频率设定为几十Hz~几百Hz。

因而,在将以往的电容式电磁流量计与以往的双电极方式的电导率计组合在一起的情况下,流量的测量所需的励磁电流的频带与电导率的测量所需的交流信号的频带会发生重叠,因此励磁电流与交流信号会相互干扰,从而有流量及电导率的测量精度和测量稳定性降低之虞。

此外,在以往的电容式电磁流量计中,除了上述的沿与磁场正交的方向配置的一对电极以外,还需要与测量对象的流体接触、且与成为流量测量的基准的公共电位连接在一起的公共电极。因此,在对以往的电容式电磁流量计组合有电导率计的情况下,在测定管的周边至少需要5个电极,所以存在电磁流量计难以小型化的问题。

尤其是在专利文献3揭示的以往的电磁流量计中,由于在用于流量的测量的电极与用于电导率的测量的电极之间设置有与公共电位连接在一起的接地环,因此电磁流量计的小型化更加困难。

本发明是鉴于上述问题而成,本发明的目的在于实现一种具有更高测量精度及测量稳定性的、具备电导率测量功能的小型电磁流量计。

本发明的电磁流量计100的特征在于,具有:测定管1,其由电绝缘材料构成,供测量对象的流体流动;励磁线圈Lex,其配设在测定管的外侧,产生与所供给的交流电流Iex相应的磁场;第1电极11及第2电极12,它们设置在测定管的外周面,在与励磁线圈所产生的磁场垂直的方向上相对地配设;放大电路13,其以公共电位Vcom为基准来进行动作,输出将第1电极与第2电极之间产生的电动势放大而得的信号VF;流量算出部63,其根据从放大电路输出的信号来算出流体的流量;第3电极2,其与第1电极及第2电极分开地形成于测定管的外周面;第4电极3,其与公共电位连接,并与流体接触;电阻R1,其一端与第3电极连接;电压检测部5,其检测通过对电阻的另一端输入交流信号而在第3电极中产生的信号的电压;以及电导率算出部62,其根据由电压检测部检测到的电压VH、VL的振幅,来算出流体的电导率。

在上述电磁流量计中,交流信号的频率f1可为供给至励磁线圈的交流电流的频率的至少100倍。放大电路可包含滤波器131、132,所述滤波器131、132使将电动势放大而得的信号中包含的、与交流信号相对应的频率分量衰减。可还具有判定部64,所述判定部64根据由电导率算出部算出的流体的电导率来判定测定管内有无流体。

电压检测部可包含:第1采样保持电路51,其在交流信号成为第1极性的第1期间Tp内对第3电极的电压进行采样并保持;以及第2采样保持电路52,其在交流信号成为与第1极性相反的第2极性的第2期间Tn内对第3电极的电压进行采样并保持,电导率算出部62根据由第1采样保持电路采样到的电压VH和由第2采样保持电路采样到的电压VL来算出流体的电导率。第4电极可为一端与测定管连结、另一端能与外部的管道连结的由金属构成的管状的接头3A。可还具有由金属构成的屏蔽罩21,所述屏蔽罩21以与第3电极的至少一部分相对的方式配置。

再者,在上述说明中,作为发明的构成要素的一例,以带括号的方式记载了与该构成要素相对应的附图上的参考符号。根据本发明,能够实现一种具有更高测量精度及测量稳定性且更小型的、具备电导率测量功能的电磁流量计。

高精度电磁流量计由传感器和转换器两部分构成。它是基于法拉第电磁感应定律工作的,用来测量电导率大于5μS/cm导电液体的体积流量,是一种测量导电介质体积流量的感应式仪表。除可测量一般导电液体的体积流量外,还可用于测量强酸强碱等强腐蚀液体和泥浆、矿浆、纸浆等均匀的液固两相悬浮液体的体积流量。广泛应用于石油、化工、冶金、轻纺、造纸、环保、食品等工业部门及市政管理,水利建设、河流疏浚等领域的流量计量。
详情介绍:

一、高精度电磁流量计介绍:
      HQLDE高精度电磁流量计由传感器和转换器两部分构成。它是基于法拉第电磁感应定律工作的,用来测量电导率大于5μS/cm导电液体的体积流量,是一种测量导电介质体积流量的感应式仪表。除可测量一般导电液体的体积流量外,还可用于测量强酸强碱等强腐蚀液体和泥浆、矿浆、纸浆等均匀的液固两相悬浮液体的体积流量。广泛应用于石油、化工、冶金、轻纺、造纸、环保、食品等工业部门及市政管理,水利建设、河流疏浚等领域的流量计量。


二、高精度电磁流量计产品特点  
      
    全数字量处理,抗干扰能力强,测量可靠,精度高、流量测量范围可达150:1
    超低EMI开关电源,适用电源电压变化范围大,抗EMI性能好。
    采用16位嵌入式微处理器,运算速度快, 精度高,可编程频率低频矩形波励磁,提高了流量测量的稳定性,功耗低。
    采用SMD器件和表面贴装(SMT)技术,电路可靠性高。
    管道内无可动部件,无阻流部件,测量中几乎没有附加压力损失。
    在现场可根据用户实际需要在线修改量程。
    测量结果与流速分布,流体压力,温度、密度、粘度等物理参数无关。
    高清晰度背光LCD显示,全中文菜单操作,使用方便,操作简单,易学易懂。
    具有RS485、RS232、Hart和Modbus等数字通讯信号输出。(选配)
    具有自检与自论断功能。
    小时总量计录功能,以小时为单位记录流量总量,适用于分时计量制(选配)
    内部具有三个积算器可分别显示正向累计量反向累计量及差值积算量,内部设有不掉电始终,可记录16次掉电时间。(选配)
    红外手持操作器,115KHZ通讯速率,远距离非接触操作转换器所有功能(选配)
 
三、高精度电磁流量计技术参数


公称通径(mm)
(特殊规格可定制)
管道式:DN10~DN3000
插入式:DN200~DN3000
流动方向: 正,反,净流量
量程比: 150:1
重复性误差: 测量值的±0.1%
精度等级: 管道式:0.2级,0.5级
被测介质温度: 普通橡胶衬里:-20~+60℃
高温橡胶衬里:-20~+90℃
聚四氟乙稀衬里:-30~+100℃
高温型四氟衬里:-20~+180℃
额定工作压力:
(高压可定制)
DN6-DN80:≤1.6MPa
DN100-DN250:≤1.0MPa
DN300-DN1200:≤0.6MPa
流速范围: 0.1-15m/s
电导率范围: 被测流体电导率≥5μs/cm
电流输出: 负载电阻 0~10mA:0~1.5kΩ
4~20mA:0~750 kΩ
数字频率输出: 输出频率上限可在1~5000HZ内设定带光电隔离的晶体管集电极开路双向输出。外接电源≤35V导通时集电极*大电流为250mA
供电电源: AC220V、DC24V或3.6V电池
要求直管段长度 上游≥5DN,下游≥2DN
连接方式: 流量计与配管之间均采用法兰连接,法兰连接尺寸应符合GB11988的规定
防爆等级: mdIIBT4
防护等级: IP65,特殊订制*高可达IP68
环境温度: -25~+60℃
相对温度: 5%~95%
消耗总功率: 小于20W


 四、高精度电磁流量计仪表选型
1.选型代码:


型号 说明 
HQLDE —  □  □  -□ □  □  □  □  □  -□  □  □  □  □ 
通径                                     10-2200mm 
组合  一体型 
分体型 
电极材料  不锈钢 
Ti(钛) 
Ta(钽) 
哈氏合金 
Pt铂 
Ni镍 
输出方式  无输出 
4-20mA/1-5KHz 
4-20mA 
衬里材料  橡胶 
聚四氟乙烯 
聚乙烯 
聚氨酯橡胶 
就地显示  无就地显示 
就地显示 
通讯方式  无通讯 
RS485 
RS232 
Mobdus 
Hart 
接地  无接地环 
有接地环 
有接地电极 
上限流量  (n) 上限流量(量程)m3/h 
 工称压力 A 0.6MPa
B 1.0 MPa
C 1.6 MPa
D 2,5 MPa
测量精度 1 0.2
2 0.5
3 1
介质温度 L 0-80度
H 0-150度
供电方 DC 24V直流电源
AC 220V交流电源

五、 高精度电磁流量计衬里的选择:


衬里材料 主要性能 适用范围
氯丁橡胶
Neoprene
耐磨性好,有极好的弹性,高扯断力耐一般低浓度酸碱盐介质的腐蚀,不耐氧化性介质的腐蚀。 <80°C,一般水,污水,泥浆,矿浆
聚氨酯橡胶
Polyurethane
有极好的耐磨性能,耐酸碱性能略差。 <60°C,中性、强磨损的矿浆,煤浆、泥浆。
聚四氟乙烯
PTFE
化学性能*稳定的一种材料,能耐沸腾的盐酸、硫酸、硝酸和王水,浓碱和各种有机溶剂,不耐三氟化氯、高温二氟化氧。 <180°C,浓酸、碱等强腐蚀性介质,卫生类介质。
F46 化学稳定性、电绝缘性、润滑性、不粘性和不燃性与PTFE相仿,但F46材料强度、耐老化性、耐温性能和低温柔韧性优于PTFE。与金属粘接性能好,耐磨性好于PTFE,具有较好
的抗撕裂性能。
<180°C,盐酸、硫酸、王水和强氧化剂等,卫生类介质


 六、高精度电磁流量计电极材料的选择:


材质 耐腐蚀性能
316L 对于硝酸、室温下<5%的硫酸,沸腾的磷酸、碱溶液;在一定压力下的亚硫酸、海水、醋酸等介质有较强的耐腐蚀性。
哈氏合金HB 耐沸点下一切浓度的盐酸、硫酸、氢氟酸有机酸等非氧化性酸、碱、非氯化性盐酸。
哈氏合金HC 耐氧化性酸如:硝酸、混酸或铬酸与硫酸的混合物及氧化性盐类、海水
能耐海水、各种氯化物和次氯酸盐、氧化性酸(包括发烟硝酸)、有机酸、碱等的腐蚀,不耐较纯的还原性酸(硫酸、盐酸)的腐蚀,但如酸中含有氧化剂(如硝酸和含有Fe、Cu离子的介质)时则腐蚀大为降低。
具有优良的耐腐蚀性和玻璃很相似,除了氢氟酸、浓硫酸外,几乎能耐一切化学介质(包括沸点的盐酸、硝酸和175°C以下的硫酸)的腐蚀,在碱中不耐腐蚀。


七、高精度电磁流量计口径及流量的选择



公称通径(mm) 可测量流量范围(m3/h) 有效测量流量范围(m3/h) 公称通径(mm) 可测量流量范围(m3/h) 有效测量流量范围(m3/h)
4 0.0135~0.4522 0.0135~0.4522 250 8.8313~2119 52.9875~1766
6 0.0305~1.0173 0.0305~1.0173 300 12.717~3052 76.302~2543
8 0.0543~1.8086 0.0543~1.8086 350 17.31~4154 103.86~3461
10 0.0142~3.3912 0.0848~2.826 400 22.61~5425 135.65~4521
15 0.0318~7.6302 0.1908~6.3585 450 28.62~6867 171.68~5722
20 0.0566~13.5648 0.3392~11.304 500 35.33~8478 211.95~7065
25 0.0883~21.195 0.5298~17.6625 600 50.87~12208 305.2~10173
32 0.1447~34.7258 0.8682~29.9382 700 69.24~16616 415.4~13847
40 0.2261~54.2592 1.3565~45.216 800 90.44~21703 542.6~18086
50 0.3533~84.78 2.1195~70.65 900 114.46~27468 686.7~22890
65 0.5970~143.28 3.5819~119.39 1000 141.3~33912 847.8~28260
80 0.9044~217.03 5.4259~180.86 1200 203.5~48833 1221~40694
100 1.413 ~339.12 8.478~282.6 1400 277~66467 1662~55389
125 2.2079~529.87 13.2468~441.56 1600 361.8~86814 2171~72345
150 3.1793~763 19.0755~635.85 1800 457.9~109874 2747~91562
 
200 5.652~1356 33.912~1130.4      



八、高精度电磁流量计安装示意图

九、高精度电磁流量计现场实物安装图

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