国外一位流量专家F.C.King horo曾说过，流量计是少数几种使用比制造艰难的仪表之一。这是因为流量是一个动态量，处于运动状态的液体内部不仅存在着粘性摩擦作用，还会产生不稳定的旋涡和二次流等复杂流动现象。测量仪表本身受到众多因素，如：管道、口径大小、形状（圆形、矩形）、边界条件、介质的物性（温度、压力、密度、粘度、脏污性、腐蚀性等）、流体的流动状态（紊流状态、速度分布等）以及安装条件与水平的影响。面对国内外十几类、上百个品种的流量仪表（先后发展起来的容积式、差压式、涡轮式、面积式、电磁式、超声波式和热式流量计等类型），如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、经济性等因素合理选型，是应用好流量仪表的前提和基础。除了仪表自身质量要得到保证，工艺数据的提供和仪表的安装、使用、维护是否合理也相当重要。本文介绍电磁式、涡街式、节流式等几种流量计的选型设计。

1. 电磁流量计选型设计
电磁流量计自20世纪50年代末国内首次工业应用以来，七八十年代在流量测量中运用和发展很快。电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律，即被测介质垂直于磁力线方向流动，因而在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一感应电动势EX
（1）
式中 Ex ——电动势，V；
B——磁感应强度，T；
d——两电极间的距离，mm；
υ——被测介质的平均流速，m/s。
被测介质的流量Q与d和υ有关：
（2）
由式（2）得：
（3）
当磁场强度B与两极间距离d一定时，则：
Ex =K * Q （4）
其中，K=4*10-4/πd=常数。
由式（4）可知，感应电动势EX与被测介质流量（流速）成正比，电磁流量计不受温度、压力、粘度、重度等外界因素的影响，测量管内部无收缩或凸出部分的压力损失，另外，流量元件检测出的最初信号，是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压，它与流体的其他性质无关，具有很大的优越性。
根据污水具有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电能力等特性，测量污水的流量，电磁流量计是一个很好的选择。它结构紧凑、体积小，安装、操作、维护方便，如测量系统采用智能化设计，整体密封加强，能在较恶劣的环境下正常工作。可选用氯丁橡胶衬里，含钼不锈钢（OCrI8Ni12Mo2Ti）电极的电磁流量计，即可满足污水流量测量的要求。
某冶炼厂在生产中，由于生产工艺的需要，会产生大量的工业污水，污水处理分厂必须对污水的流量进行监控。在以往的设计中，流量仪表不少都选用旋涡流量计和孔板流量计。而实际应用中发现测量的流量显示值与实际流量偏差较大，而改用电磁流量计偏差大大减小。

3. 节流式流量计选型设计
节流式流量计是早期大量使用的一种测量流量的计量装置，其历史最长，用量最多。现在常见的为圆孔板型和锥形入口板型，其工作原理是在流体管道中加入一孔板节流件，通过导压管引入压差变送器测出节流件上、下游的压差，根据所测的压差经过计算即得出流量的瞬时值。由于导压管内水的不流动性，在较寒冷地区，冬天室外安装的孔板取压管容易冻裂（冻住），使差压仪器无法正常工作。测量较脏的污水时，孔板需经常清洗。如清洗不及时，测量精度降低，取压管经常被污物堵死，仪表无法使用。用孔板的方式测流量时还有压力损失大、维护量大等缺点。因此改变取压方式，例如用径距取压法，就可以减少孔板污物的影响。
4. 结语
以上几种污水流量测量流量计中，电磁流量计性能较好，节流流量计应用范围广，而涡街流量计比较新型，并正在不断发展。只有了解这几种流量计各自的性能，才能对流量计选型设计好，使污水流量的测量和控制达到精确度和可靠性要求。

林晖（苏州大学张家港工学院.沙州工学院 215600）
黄仁豹（江苏张家港市维达机械集团公司 215611 ）


电磁流量计应用案例分析

流量是工业生产过程中常用的过程控制参数，是供水行业的一个重要的生产技术指标。流量计量的准确与否，将对企业的成本核算、能源消耗等重要指标的正确计算及可信程度产生影响。因此，选择高质量、运行稳定、计量准确的流量仪表是至关重要的。

随着科学技术的发展，新型的流量仪表在不断的涌现，品种繁多，性能各异，其使用条件及技术参数也各不相同。对于使用者来说，应首先了解流量仪表的性能特点并结合本单位的具体应用场合的工况条件，进行正确的选择。

我公司多年来在流量计量中，曾使用过多种不同类型的流量仪表，如涡轮流量计、超声波流量计、插入式和测量管式电磁流量计等，其中有国产仪表也有进口仪表，其工作性能和使用效果也各不相同。

为了对供水量进行较为准确的计量，我公司在近年来投入了较大的资金对原有的流量仪表进行了更新改造，在前期选型工作中，我们根据以往所使用的各种流量仪表的实际应用情况、存在的问题、安装难度、性能价格比等问题认真地进行了分析比较和论证，认为电磁流量计具有反应灵敏、线性好、精确度高、在测量过程中，不受被测介质的温度、黏度等因素影响的优点，虽然安装相对复杂，但我们对于安装在铸铁管道上的流量计，采用了新的安装工艺，降低了安装难度，减少了停水时间。因此，在流量仪表的选型中，主要选用了开封仪表厂生产的电磁流量计。我们经过多年来的实际应用认识到，要使仪表安全稳定的运行，应创造较好的现场条件，并且严格按照其技术要求进行正确的安装和调试，实行集中管理，才能保证流量计正常工作，实现连续、准确的计量。下面是本公司在电磁流量计应用方面的具体做法（以开封仪表厂E－mag电磁流量计为例），以供探讨。

一、仪表井位置的选择

仪表井的位置应满足流量计对前后直管段的要求，即流量计上游直管段长度大于5D（D为管道直径），下游直管段大于2D，以保证流速的轴对称分布，消除因此而产生的测量误差。

安装位置应避免强烈震动，避开强干扰源，并且使管道内应充满水。

二、仪表的正确安装

1、 传感器的安装

电磁流量计的安装分为传感器的安装和转换器的安装，尤其是安装传感器，需要停水、割管、抽水、焊接或打口等工序，使得安装工作较为困难，并需要长时间停水，造成一定的经济损失。针对这种情况，我们在铸铁管道上安装流量计时，采用了新的工艺方法，用两个单盘补偿器取代了传统的短管甲、乙，取消了打口工序和对管口的保养时间，特别是在阀门关不太严的情况下，可以带水操作。在停水后，安装一台传感器仅需要半天时间即可恢复供水，由此缩短了安装时间，减小了因停水而造成的经济损失，并收到了一定的社会效益。

2、将传感器外壳单独良好的接地，是保证流量计正常稳定的进行测量的一个必要条件。

人们一般认为传感器在金属管道上安装，而且管道埋在地下，管线又很长，其本身就是一个很大的接地极，仪表无须再做接地处理。但是忽略了两个问题，一个是管道一般都作了防腐处理，二是经过打口或胶皮垫将连接法兰和管道隔开，由此造成传感器的接地电阻大大增加，对流量计的正常运行造成影响。

我们在实际应用中曾经有一台流量计在投入使用后工作不正常，流量显示时有时无，甚至出现空管报警提示。当时根据故障现象查找原因未有结果，后来给传感器单独做一接地极，故障现象随即消失，至今运行正常。

因此，在流量计安装完毕后，应测量一下接地电阻，如果阻值偏大，最好做一接地极，用以减少由于杂散电流产生的干扰电势。

三、使用情况

经过几年来的实际运行和观察比对，我们认为电磁流量计在我公司生产中的运行情况，优于以前所使用其他仪表的工作情况。

1、电磁流量计精度高，线性好，运行稳定，提高了计量的准确性和数据的可信度，克服了有些仪表运行不太稳定，由此而造成了测量数据不可信的问题。经过多次现场比对，误差均在控制范围之内，增强了对仪表的信任程度，结束了按水泵的性能曲线计算水量的不科学计量方法，切实做到以仪表采集数据为准，避免了人为因素。

2、电磁流量计结构简单，传感器没有可动部件，不存在因机械运动磨损或杂质缠绕而产生的测量误差或仪表故障，因此故障率很低，维修量大大减少，从而节约了大量人力物力。

我公司自92年以来，先后安装使用开封仪表厂生产的电磁流量计18台，到目前为止，仅有1台仪表转换器因安装位置比较潮湿，转换器线路板出现故障，其余均工作正常。

3、电磁流量计具有多种接口电路，可以很方便的与数据采集终端或计算机联接，实现数据采集、分析、管理自动化。我公司的所有流量计都与总公司调度系统进行连接，供水量和源水量的原始数据都进入了计算机采集与传输网络，大大提高了计量检测数据的真实性和公正性，为计量检测的科学化、规范化打下了坚实的基础。

四、流量计的管理

我们总公司安装使用流量计台数比较多，安装地点分散，总公司所属各厂的源水量和供水量基本上全部按照流量计计算水量。为了便于管理，由总公司计量测试中心负责所有流量计的维修、调试、检定，进行统一管理。

1、建立流量计运行档案，内容包括流量计的生产厂家、型号、生产日期、安装地点、管径、标定时间等，以便于对仪表进行维护管理。

2、加强巡视检查工作，定期进行测试标定。我们主要采用两种方法，一是用一台精度相对高的便携流量计与电磁流量计进行测量比对；二是用一台流量仪表校验器，对流量转换器进行校验，检查各项技术指标是否正确，并将测试数据存档。

3、将测试数据与以往的测试结果进行比较，对于出现的可疑数据认真进行分析研究，查找可能产生的原因，及时处理解决，并作出流量计运行情况分析报告。

电磁流量计在供水行业中的应用

1 前言

近年来，随着国内供水行业自动化技术水平不断提高以及贸易结算计量的要求，电磁流量计得到了越来越普遍的应用和推广，特别是在上海供水行业中SGAIC型电磁流量计应用已经得到了广泛的认可。

2 基本原理

根据法拉第电磁感应定律，即导电液体在磁场中切割磁力线运动时，导体中产生感应电势(见图1)，其感应电势的大小与磁感应强度、流体做切割磁力线强度等因素成正比。

图1 感应电势产生原理图

电势由下式给出：

E=K×B×V×D

式中：E——感应电压；
K——仪表常数；
B——磁感应强度；
V——平均流速；
D——测量管内直径。

流量流体时，流体流过垂直于流动方向的磁场，导电性液体的流动感应出一个与平均流速或单位体积流量成正比的电压，因此只要被测的流体具有最低限度的电导率，其感应电压信号通过两个与液体直接接触的电极检出，并通过电缆传送到放大器，然后，转换成统一的输出信号。

3 主要技术特点和使用安装要求

3.1 电磁流量计的主要技术特点

① 由于测量结果与液体的压力、温度、电导率等物理参数无关，所以测量精确度高、工作可靠。
② 测量管内无阻流件，因此无附加压力损失，即对自来水测量无附加水头损失。
③ 只有管道和电极与被测液体接触，因此，只要合理选择电极材料，即可达到耐腐蚀、耐磨损的要求。具有使用寿命长，维护要求低的特点。
④ 可以测定正、反方向流体的流量。
⑤ 输出信号方式比较灵活。有脉冲、电流、频率等方式。

3.2 电磁流量计的使用和安装要求

① 电磁流量计的上游管道至少有5倍管径长度的直管段，它的下游至少有3倍管径长度的直管段。在条件允许的情况下，放宽流量计前置直管道长度在10倍管径以上。
② 在电磁流量计的安装中，传感器接地环要可靠地接地，接地电阻要不大于l OΩ。
③ 要在使用环境的选择中注意避免外部的电磁干扰，特别是避免工频电磁场的干扰。
④ 对流量计上游管道中在前置距离外安装阀门，特别是蝶阀或直角弯管等严重影响流态特性的场合，最好在流量计上游5～10倍管径的直管内安装整流器，以达到稳定水流流态，提高计量准确度的目的。

4 电磁流且计在供水行业安装配置及使用情况

目前在上海各区域自来水公司中所普遍采用的水处理工艺原理流程框图见图2。

图2 水工艺处理流程

基于电磁流量计的测量原理及测量特点，目前已成为供水行业广泛应用的产品。从1989年使用第一台电磁流量计以来，到目前为止，上海市自来水公司使用了上海光华爱而美特公司的电磁流量计总计400余台，直径从DN15～DN3000不等，主要用于水厂原水的贸易计量、加矾计量、反冲洗水量计量、出水泵房单管计量、厂用水计量以及出厂水总管贸易计量。还有区域公司的管网连接边界用于相互馈水的贸易计量。由于水质腐蚀性和磨损性都不强，除了原水选用刮刀式电极和加矾计量选用白金电极外，一般选用橡胶衬里和不锈钢电极即达到测量要求。

5 电磁流f计在线校验方法

电磁流量计出厂时其精确度已经过实验室标定。但一旦使用于现场，由于受环境条件、流体特性以及仪表本身如元器件损坏等原因引起仪表运行故障等情况，对于首次安装投运前或长期使用后的流量计有必要进行一次常规的现场校验。由于电磁流量计的传感器安装在供水管道中，难以拆下送至实验室进行检查，而目前在流量计量范围内，国家和地方对大口径流量计尚未有现场条件下进行在线检验的规程和其它法规文件。为了保证电磁流量计在首次安装、故障修复以及长期使用后的精度和可靠性，而又不影响自来水的日常供应，我公司1995年制订了《电磁流量计检验规程》作为本企业内部计量管理标准的一部分，经过几年的现场检验，摸索经验，不断完善，在1998年我公司进行IS09002质量管理评审中获得通过，并已在市原水及各区域公司各水厂中推广应用。

5.1 校验的主要内容

① 对电磁流量计励磁线圈进行安全绝缘测试，应大于20MΩ。
② 对电磁流量计励磁线圈进行铜电阻测试，应与原出厂值相同(环境温度相同时)。
③ 对电磁流量计传感器电极对地电阻进行测试，若电阻值在2一20kf之间，并伴有充放电现象，两只电极的电阻相近，则认为好的。
④ 对电磁流量计转换器励磁电流进行测试，观察其输出与转换器原电流的值，误差不超过士0. 25mA。
⑤ 对电磁流量计转换器模拟量输出及频率输出进行测试，观察其线性变化情况，并计算其最大线性误差，应不超过士0.5%。
⑥ 对DN 1200mm以上的电磁流量计，应测试推动级NB，电流误差不超过12mA。

5.2 在线测试情况分析

以2001年南市水厂周期检验为例，共检验28台，其中有出厂水计量、加矾计量、原水进水计量等。从传感器一部份测试情况看:编号为71620-418, 63325-956的电磁流量计励磁线圈绝缘电阻分别为3MΩ, 0. 5MΩ，小于20MΩl，经仔细分析检查，原来在开挖过程中，由于施工不当，将励磁电缆绝缘损坏。解决办法是更换损坏的励磁电缆，使传感器恢复正常绝缘值，其余均符合安全性要求；电极对地电阻对称性较好，并伴有冲放电现象；励磁电流其输出与转换器原电流标称值相符，其误差不超过士0. 25mA。

从转换器测试情况看:编号为81141-413,81139-413电磁流量计电流输出最大误差超过0.5%，与生产厂联系，由生产厂家进行维修解决。

通过对电磁流量计在线检验，我们可以及时正确地发现电磁流量计是否存在故障或隐患，为保证电磁流量计的正确计量提供了可靠的依据和保障，有利于今后更好地管理好、使用好电磁流量计。

6 使用过程中存在的难点、故障以及解决办法

电磁流量计具有较高的稳定性，仪表设备本身一般很少发生故障。但是由于环境条件的变化或安装工况条件所限，也发生了一些问题或故障，应该加以解决或避免，主要表现为以下几种情况:

① 没有满足流量计的安装条件，电磁流量计对管道的直管段要求较高，在新建水厂设计时可以尽量满足，而对老水厂改造或加装来说，以上条件就变得几乎苛刻。由此影响了测量稳定性。其解决方法为加装整流管以改善流动特性。

② 被测水的流速过低，由此影响测量的精度。特别是在一些区域边界安装的流量计，由于处于区域公司管网末梢，压差小而造成流速过低。其解决办法是尽量开启边界两边阀门。

③ 管道水中有气，造成测量波动大影响稳定性。其解决办法要设法找到气的来源并加以解决，必要时在管道中加装排气阀。

④ 安装在原水管道中流量计的传感器电极表面被淤泥沉积污染，影响测量。其解决方法为选用刮刀式电极，并定期进行维护清洗。

⑤ 雷击造成电磁流量计的转换器损坏，以致无法测量。其解决办法为在转换器信号输人端、励磁电流输人端和工作电源端分别加装相应的避雷器。

⑥ 电磁流量计人口管道中异物堆积，造成被测水体流动特性突变由此影响测量精度造成较大的误差。其解决方法为及时清除管道中堆积的异物。

7 结束语

总之，电磁流量计所具有的测量精度高、稳定性好和适用范围广的特点，为水厂实现自动化控制和公平贸易计量提供了有力的技术保证，发挥巨大的作用。今后，随着技术、应用和性价比的不断完善提高，电磁流量计必将在供水行业中取得越来越广泛的应用。