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關(guān)于城市供水流量計的特點及與自來水電磁水表的區(qū)別

點擊次數(shù):2251 發(fā)布時間:2021-09-01 08:52:38
在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有一種流量計使用量特別大,適合用來測量的介質(zhì)種類也特別多,但要求介質(zhì)具有導(dǎo)電性,有一定的介電常數(shù),這就是我們常見的城市供水流量計。市政供水上有一種新型水表叫電磁水表,實際上電磁水表也是一種城市供水流量計,由于供水行業(yè)的特殊性,針對于供水行業(yè)的工況要求,專門設(shè)計了一款專門用于供水流量測量的城市供水流量計,這就是電磁水表。因此,電磁水表不同于一般的城市供水流量計,它們的區(qū)在哪里,對于生產(chǎn)制造企業(yè)來說,熟悉城市供水流量計與電磁水表的相同點和不同點,對于兩類產(chǎn)品的設(shè)計與研發(fā)具有得要的意義。本文不僅介紹了城市供水流量計的原理、用途及優(yōu)缺點,從使用領(lǐng)域、精度、口徑、量程范圍(計量流速范圍)及量程遷移、重復(fù)性、供電方式(功耗)、采樣速率、管道結(jié)構(gòu)與測量直管段、儀表通信和使用環(huán)境等十個方面分析城市供水流量計和電磁水表的區(qū)別。
城市供水流量計是一種基于法拉*電磁感應(yīng)原理設(shè)計制造的計量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的速度式儀表。通常城市供水流量計與介質(zhì)接觸的內(nèi)腔部位為一個圓筒形直管,一對測量電*鑲嵌在中部,呈對稱分布,電*與介質(zhì)間的部位為一對直徑為6~10mm的圓餅狀薄金屬,其伸出部分厚度僅2~4mm,幾乎不影響流態(tài)的變化。這種簡單的無可動部件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu),猶如一根普通的圓筒形流體管道,因而不產(chǎn)生任何壓損,也不會被某些介質(zhì)中的懸浮物及固態(tài)雜質(zhì)所阻塞。城市供水流量計產(chǎn)生的電*信號幅度與流體的流速成正比,因而電信號經(jīng)放大處理后得到的流量數(shù)據(jù),線性度非常理想。城市供水流量計測量精度高、量程比寬、重復(fù)性和線性均十分優(yōu)良;通??蓽y量流速在0.4~12m/s范圍的各種導(dǎo)電介質(zhì);可以雙向計量;測量介質(zhì)可以是單一溶液,也可以是固、液混合物,也允許有氣泡(氣泡和固態(tài)物質(zhì)將增加計量介質(zhì)體積流量的誤差)。
城市供水流量計廣泛應(yīng)用于各類導(dǎo)電介質(zhì)的計量,如清水、污水、液態(tài)酸、堿、鹽、液態(tài)有機化工產(chǎn)品、食品工業(yè)中的醬油、醋及酒類等?;煊袎K狀果肉的蘋果醬、混有沙石的混凝土,這些漿狀混合物也可以計量,只是各種腐蝕性強的介質(zhì)需配置耐腐蝕的工程材料,如橡膠、聚四氟乙烯、尼龍等做流量計的內(nèi)襯?;煊袣馀莺凸虘B(tài)物質(zhì)的醬料需采用特殊的計算方法來減少計量的誤差。
一般的城市供水流量計由于電路復(fù)雜、勵磁功率較大,整機功耗需15~25V·A,因而需市電(AC220V)或?qū)S玫陌踩娫?DC24V)供電。隨著電子技術(shù)突飛猛進的發(fā)展,電磁流量電信號的處理已由2~3mV精密到0.1mV,動態(tài)分辨率可以低至±0.00003mV,這種新技術(shù)功耗*低,完全可以電池供電。由此產(chǎn)生了電磁水表的概念——一種僅計量清水、內(nèi)部采用鋰電池供電的長壽命智能型城市供水流量計,由于市場定位和使用要求不同,兩者存在較大的區(qū)別,大致的區(qū)別表現(xiàn)在以下幾個方面。
1  應(yīng)用領(lǐng)域
(1)城市供水流量計使用廣泛,適用于工業(yè)生產(chǎn)中各種導(dǎo)電介質(zhì)的流量連續(xù)計量和生產(chǎn)工藝控制領(lǐng)域、科學(xué)研究的計量測控領(lǐng)域。
(2)電磁水表以計量清水、原水為主。在市政領(lǐng)域得到廣泛使用,主要解決水源和城鄉(xiāng)供水的計量、統(tǒng)計、分析、結(jié)算功能。
2  精度
(1)城市供水流量計的精度通常為±0.5%,高精度的可達到±0.2%、±0.3%。
(2)電磁水表的精度一般為Ⅱ級(Q2~Q4±2%,Q1~Q2±5%),高精度的可達到I級(Q2~Q4±1%,Q1~Q2±3%)。
3  口徑
(1)城市供水流量計生產(chǎn)廠商大都可以提供DN20~DN500的產(chǎn)品,規(guī)模較大的專業(yè)廠商可以提供DN10~DN3000的城市供水流量計,DN25~DN600規(guī)格的應(yīng)用數(shù)量*多。(2)市場應(yīng)用*多的電磁水表口徑在DN50~DN300,少數(shù)先進的跨國專業(yè)廠商能生產(chǎn)DN25~DN800口徑的全系列電磁水表。
4 量程范圍(計量流速范圍)及量程遷移
(1)城市供水流量計的介質(zhì)流速測量范圍通常為0.4~12m/s,通常用Qmax和Qmin來定義計量范圍,Qmax/Qmin(量程比)一般在20~25范圍,Qmin~Qmax應(yīng)保證精度。如DN100的0.5級表,在量程比20的情況下,在10m3/h(Qmin)至200m3/h(Qmax)流量范圍內(nèi),均應(yīng)保證±0.5%的精度。作為城市供水流量計,考慮使用的經(jīng)濟性,常將Qmax選在6.5~8.5m/s流速范圍內(nèi),如上述Qmax為200m3/h的DN100城市供水流量計,其Qmax流速為7.07m/s。廠商可以自行規(guī)定各種口徑的Qmax流速,例如某型DN100城市供水流量計,其0.5級產(chǎn)品的Qmax為200m3/h,Qmax/Qmin≥25;Qmax的流速為7.07m/s,在8~200m3/h量程范圍內(nèi)的誤差小于±0.3%。所謂“量程遷移”,是指該臺城市供水流量計在某種工藝現(xiàn)場,其流量計量范圍要調(diào)整到4~80m3/h,且其電流輸出的4mA對應(yīng)流量是4m3/h,20mA輸出時對應(yīng)的測量值為80m3/h。即將這臺城市供水流量計的計量范圍由標(biāo)稱的10~200m3/h,通過菜單改變參數(shù),“遷移”至4~80m3/h。當(dāng)然,經(jīng)過這樣的量程遷移4~10m3/h流量段的測量精度將超出±0.5%的精度要求。通常,城市供水流量計的計量上限流量點,可“遷移”的流速范圍為1~10m/s。選用城市供水流量計的口徑,要兼顧經(jīng)濟流速2.5~4.5m3/h和工藝要求。
(2)電磁水表的*高測量流速可達15m/s,通常電磁水表的流量點Q3選在12.5~13.5m/s流速上。電磁水表的量程范圍參照冷水水表標(biāo)準(zhǔn),是一種強制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。眾所周知,冷水水表的流量范圍可由Q1(*小流量)、Q2(分界流量)、Q3(常用流量)、Q4(*大流量)來表述,一般情況下,其流量計量特性可由量程比Q3/Q1(R值),Q4/Q3=1.25,Q2/Q1=1.6來反映。目前跨國先進專業(yè)廠商的電磁水表,其Q3/Q1可達400。如西門子Ⅱ級DN100電磁水表,Q3=250m3/h(流速為13.48m/s),Q4=312.5m3/h(流速為16.85m/s),Q3/Q1=400,R2/Q1=1.6,Q2=1.0m3/h,Q1=0.63m3/h。電磁水表沒有“量程遷移”的概念,它的計量范圍在始動流量QS至*大流量Q4之間,選用電磁水表的口徑,主要應(yīng)考慮滿足經(jīng)濟流速。
5重復(fù)性
(1)對于城市供水流量計,重復(fù)性是重要的技術(shù)指標(biāo)之一,其重復(fù)性指標(biāo)通常為精度的1/3,例如0.5級精度的城市供水流量計,其重復(fù)性應(yīng)優(yōu)于±0.16%;0.2級表的重復(fù)性應(yīng)優(yōu)于±0.06%。
(2)電磁水表并不把重復(fù)性作為一項考核的質(zhì)量指標(biāo),它僅是一項設(shè)計和實驗指標(biāo)。電磁水表*重要的技術(shù)指標(biāo)為精度,低的始動流量,Q1流量點和量程比(Q3/Q1)。當(dāng)然,對于流量計來講,兩者均能保證長期連續(xù)的穩(wěn)定運行是十分重要的。
6供電方式(功耗)
(1)通常城市供水流量計的處理速率快、處理精度高,控制要求快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。因城市供水流量計和外界信息交流方式復(fù)雜(輸出4~20mA電流信號、0~10KC頻率信號、RS-485通信、開關(guān)量控制等),隔離程度高,因而電子線路多用大量的高速電子元件,功耗可達15~25V·A,這必須由市電(AC220V)和專用外電源(DC24V)供電。因而抗干擾、光電隔離、電磁隔離等防止電源的強電磁沖擊等技術(shù)措施十分必要。
(2)電磁水表的采樣速率比較慢,電子線路由先進的低功耗、超低功耗的集成電路為主,計算方法為特殊的高效省電方式,因而功耗*低,可以由內(nèi)部電池來連續(xù)長期供電。這要求電磁水表的電池工作壽命至少為5~6年,現(xiàn)在也有8~10年的產(chǎn)品。對于電磁水表而言,降低功耗、提高電池工作壽命是一項難度很大的挑戰(zhàn)。
7采樣速率
(1)城市供水流量計的計量實時性要滿足工業(yè)控制的工藝要求,其特點為精準(zhǔn)及高速,因而采樣處理速率普遍要求高于100ms/次。
(2)電磁水表的采樣速率在1~30s/次范圍,就可以得到計量的流量數(shù)據(jù),況且采樣速率低,功耗也越低;通常采樣速率在15s/次時,內(nèi)部配備的電池可保證連續(xù)計量6年。
8管道結(jié)構(gòu)與測量直管段
(1)城市供水流量計可以由市電供電,因而電子元器件和電子線路的選擇受功耗的影響小,選擇范圍廣;數(shù)百毫安的勵磁電流使傳感器的信號輸出幅度也較大,因而不必對流體額外加速以增強信號幅值。城市供水流量計的測量腔為直管,工藝簡單,加工成本低,是城市供水流量計測量腔體的普遍設(shè)計方式。直管結(jié)構(gòu)幾乎不會引起被測流場的紊亂,測量的流速基本為經(jīng)濟流速(*高流速低于8m/s左右),高速采樣率又可及時修正各種流場變化帶來的誤差,所以城市供水流量計的直管段為前5D和后3D就可以滿足計量的精度要求。
(2)電磁水表使用內(nèi)裝的鋰電池供電,降低功耗、延長工作壽命是其設(shè)計任務(wù)的關(guān)鍵,因而只能采用較低的勵磁電流(通常它的勵磁電流僅為城市供水流量計的1/10,甚至更低),這樣傳感器的有效輸出信號幅值就很微弱。電磁水表研發(fā)人員通常用兩種方法來增強信號:一是提高信號的放大倍數(shù);二是將測量段縮徑,人為提高介質(zhì)流速,這將大幅提升流量信號。因此,電磁水表的測量腔體幾乎都采用縮徑工藝,一般縮徑為原標(biāo)稱口徑的70%~80%,縮徑率以不顯著影響儀表的壓損并且不顯著改變流場的穩(wěn)定為原則。
電磁水表的縮徑工藝加大了制造難度,增大了壓力損失,太大的縮徑也會擾亂流場的穩(wěn)定,因此制造商要綜合考慮縮徑和流場穩(wěn)定對計量的影響。
電磁水表的采樣速率比較慢,信號又很微弱,這樣計算處理需要的穩(wěn)定時間比較長,這也需要遠(yuǎn)比城市供水流量計更穩(wěn)定的流速,考慮到縮徑的因素,一般電磁水表的前后直管段選擇要比城市供水流量計嚴(yán)格。為保證計量精度,電磁水表通常需要前10D和后5D的直管段。
9儀表通信
(1)城市供水流量計使用廣泛,計量方式和流量控制方式種類繁雜,因而通信方式比較豐富,一般生產(chǎn)廠商都有下述配置:①定量脈沖輸出,如輸出一個脈沖代表1m3/h流量(可選0.1m3/h,甚至0.01m3/h)。②頻率輸出,表示輸出0~10kHz頻率范圍代表0~Qmax流量。③輸出4~20mA電流,通常表示瞬時量為Qmin~Qmax。近幾年設(shè)計的4~20mA電流模擬信號,可以同時進行數(shù)字通信,即可以進行HART(協(xié)議)通信。④RS-485通信,通常執(zhí)行ModbusRTU通信標(biāo)準(zhǔn)。⑤開關(guān)量輸出,一般有1~2路輸出控制,以執(zhí)行超流量上限關(guān)閘,超流量下限開閘等工藝控制。
這些通信幾乎都通過電纜連接儀表和計算機及控制設(shè)備,以保證計量和工藝控制的精確、實時、可靠。
(2)電磁水表主要使用在原水和居民自來水的計量、統(tǒng)計、分析和結(jié)算上,幾乎沒有工藝控制要求,內(nèi)部電池供應(yīng)又限制它不能過多的耗電,因此通信方式比較簡潔,一般生產(chǎn)廠商都選下述配置中的若干方式進行通信:①和傳統(tǒng)冷水水表一樣,可以人工抄表,因而都有液晶屏進行流量數(shù)據(jù)顯示。②開關(guān)量輸出。③與無線通信裝置的接口,可通過無線通信設(shè)備進行聯(lián)網(wǎng)通信。④RS-485通信和城市供水流量計一樣,通常執(zhí)行ModbusRTU通信協(xié)議,并且需要外部供電(DC24V),這往往需要4根電纜。東海集團生產(chǎn)的電磁水表可以采用微功耗技術(shù)來進行RS-485通信,這種方式可以使用內(nèi)部鋰電池進行供電,省掉外供電的2根電纜,通信只需2根電纜連接。⑤紅外通信,這是一種功耗較低的無線雙向通信方式,容易滿足安裝在井下和水中的電磁水表的苛刻的防護要求。
10  使用環(huán)境
10.1溫度要求
(1)城市供水流量計使用場合廣泛,通常在-20~55℃的溫度環(huán)境中可連續(xù)、穩(wěn)定、可靠地工作。某些特定領(lǐng)域,甚至能在70℃高溫條件下正常運行。
(2)電磁水表一般只能在0.1~55℃的溫度環(huán)境中連續(xù)工作,設(shè)計和性能試驗時,需考慮夏日高溫直射的炙烤影響。
10.2維護要求
(1)城市供水流量計通常由專業(yè)人員維護和保養(yǎng),且往往有周期性(1年左右)的測試和維護。
(2)電磁水表檢測周期較長(2年左右),平時幾乎處于無監(jiān)管狀態(tài),大口徑表數(shù)據(jù)值對計量結(jié)算影響巨大,因而對其設(shè)計、測試和生產(chǎn)制造的質(zhì)量要求更高。
10.3防護要求
(1)城市供水流量計使用廣泛,運行環(huán)境復(fù)雜,因而生產(chǎn)廠商針對不同的使用環(huán)境設(shè)計了不同的保護方法供用戶選擇,如采用IP66標(biāo)準(zhǔn)的通用型城市供水流量計,僅能防護雨水的淋落;高溫高濕環(huán)境使用要采用特殊的密封耐高溫設(shè)計;潛水型城市供水流量計要按IP68標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計防護外殼,某些危險場合(如紡織廠、面粉加工廠、化工廠、煤礦、易燃易爆場所)使用的城市供水流量計,必須按照隔爆標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計外殼防護。所以城市供水流量計生產(chǎn)廠商通常會按照用戶的使用環(huán)境條件,提供相適應(yīng)的防護方式產(chǎn)品。
(2)電磁水表測量介質(zhì)比較單一,主要是潔凈的原水(如輸送的江、河、湖泊之水,井水及地下水)和市政供應(yīng)的清潔自來水,所用場合幾乎無危險性或爆炸性粉塵,使用環(huán)境溫度差不是太大,看似其防護要求比較容易解決,而實際上電磁水表往往安裝在井下潮濕場所,管道滲漏及雨雪天氣又可將電磁水表泡在水中,要防止電磁水表機殼密封處和通信電纜進線處的水滲漏十分重要,所以電磁水表均按潛水型設(shè)計外殼保護,為提高防護質(zhì)量,至少需要達到1m水深7天的試驗要求,其防護應(yīng)執(zhí)行IP68標(biāo)準(zhǔn)2m水深10天以上的要求。電磁水表外殼防護目前按2m水深30天的IP68標(biāo)準(zhǔn)制造,并且正在考慮將防護試驗要求提高到10m水深30天,以達到6年以上防護壽命。

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