自動(dòng)化儀表在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用
c. 電容式液位計(jì)
在容器內(nèi)插入電極,當(dāng)液位變化時(shí),電極內(nèi)部介質(zhì)改變,電極間(或電極與容器壁之間)的電容也隨之變化,該電容量的變化再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的直流電信號(hào)。其精確度為±(0.5~1.5)%。
電容式液位計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn):傳感器無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠;精確度高;檢測(cè)端消耗電能小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快;維護(hù)方便,壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是被測(cè)液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會(huì)引起誤差。電容式液位計(jì)一般用于調(diào)節(jié)池、清水池等的液位測(cè)量。
當(dāng)測(cè)量范圍不超過(guò)2m時(shí),采用棒狀、板狀、同軸電極;當(dāng)超過(guò)2m時(shí),采用纜式電極。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為水時(shí),采用帶絕緣層(可用聚乙烯)的電極。
d. 超聲液位計(jì)
超聲液位計(jì)的傳感器由一對(duì)發(fā)射、接收換能器組成。發(fā)射換能器面對(duì)液面發(fā)射超聲波脈沖,超聲波脈沖從液面上反射回來(lái),被接收換能器接收。根據(jù)發(fā)射至接收的時(shí)間可確定傳感器與液面之間的距離,即可換算成液位。其精確度為±0.5%。
這種液位計(jì)無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分,可靠性高,安裝簡(jiǎn)單、方便,屬于非接觸測(cè)量,且不受液體的粘度、密度等影響,因此多用于藥池、藥罐、排泥水池等的液位測(cè)量。但此種方法有一定的盲區(qū),且價(jià)格較貴。
3. 流量測(cè)量
流量測(cè)量分為兩種,一種用于流量檢測(cè),參與過(guò)程控制,以達(dá)到提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平,改善生產(chǎn)工藝條件,提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。另一種用于流量的計(jì)量,不僅計(jì)量產(chǎn)品的產(chǎn)量,還是供水企業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算的依據(jù)。在供水企業(yè)最主要的8項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中,有3項(xiàng)指標(biāo)是以流量計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。
流量計(jì)的選型應(yīng)考慮以下因素:
(1)任何型號(hào)的流量計(jì)都必須有國(guó)家計(jì)量部門(mén)檢定的證書(shū)方可選用。
(2)流量計(jì)本身的壓力損失要小。
(3)根據(jù)行業(yè)要求,流量計(jì)的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于2.5級(jí)。
(4)安裝現(xiàn)場(chǎng)條件應(yīng)滿足所選流量計(jì)對(duì)直管段的要求。
(5)所選流量計(jì)應(yīng)能適應(yīng)安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件如溫度、濕度、電磁干擾等。
(6)所選流量計(jì)應(yīng)能適用于待測(cè)的液體介質(zhì)。
目前,在給水工程設(shè)計(jì)中,采用最多的是電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)。
a. 電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)的原理是應(yīng)用法拉弟電磁感應(yīng)定律,由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。
在測(cè)量中,液體本身為導(dǎo)體,磁場(chǎng)通過(guò)安裝在管路中的兩個(gè)線圈產(chǎn)生。線圈由交流或直流電源勵(lì)磁,磁場(chǎng)作用于管道內(nèi)流動(dòng)的液體,在管道中產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)流體平均流速V相對(duì)應(yīng)的電壓,且該電壓與流體的流速分布無(wú)關(guān)。
與管道絕緣的兩個(gè)電極監(jiān)測(cè)液體的感應(yīng)電壓。磁場(chǎng)方向、流體流向及兩個(gè)檢測(cè)電極的相對(duì)位置三者互相垂直。
電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn):
(1)測(cè)量不受被測(cè)液體的溫度、壓力或粘度的影響。
(2)沒(méi)有壓力損失。
(3)能連續(xù)測(cè)量,測(cè)量精確度高。
(4)口徑范圍和測(cè)量范圍大,測(cè)量范圍連續(xù)可調(diào)。
(5)與流速分布無(wú)關(guān)。
(6)前后直管段較短,前置直管段為5D(D為儀表的直徑),后置直管段為3D。
(7)穩(wěn)定性好,輸出為標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào),可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng)。
(8)變送器導(dǎo)管內(nèi)壁有襯里材料,具備良好的耐腐、耐磨性。
(9)轉(zhuǎn)換器體積小,消耗功率小,抗干擾性能強(qiáng),便于現(xiàn)場(chǎng)觀察。
應(yīng)用于水處理系統(tǒng)的電磁流量計(jì)的襯里材料多選用氯丁橡膠,因其有較好的耐磨性。安裝時(shí)應(yīng)注意遠(yuǎn)離外界的電磁場(chǎng)源,以免影響傳感器的工作磁場(chǎng)及流量信號(hào),傳感器水平安裝時(shí),要求兩個(gè)電極的中心軸線處于水平狀態(tài),防止顆粒雜質(zhì)沉積,影響電極工作。測(cè)量管內(nèi)應(yīng)為滿管,不允許大量氣泡通過(guò)傳感器,當(dāng)不能滿足條件時(shí),應(yīng)采取相應(yīng)措施。
為使儀表可靠地工作,提高測(cè)量精確度,不受外界寄生電勢(shì)的干擾,傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地線,且接地電阻應(yīng)小于10Ω,尤其是安裝在陰極保護(hù)管道上時(shí)。如在天津水源廠出廠干管上安裝的電磁流量計(jì),由于管道采用了陰極保護(hù),防護(hù)電解腐蝕的管道內(nèi)壁和外壁之間是絕緣的,被測(cè)介質(zhì)沒(méi)有接地電位,所以,將傳感器接地環(huán)裝在傳感器的兩個(gè)端面上,與連接管道的法蘭絕緣。傳感器與接地環(huán)用接地線相連,并引至接地極。管道法蘭之間用電纜相連但不連到傳感器上。法蘭連接螺栓用絕緣襯套和墊圈隔離。該電磁流量計(jì)自投產(chǎn)使用以來(lái),效果一直較好。
轉(zhuǎn)換器應(yīng)安裝在符合其防護(hù)等級(jí)要求的場(chǎng)所,在滿足安裝環(huán)境、使用要求的前提下,轉(zhuǎn)換器與傳感器之間的距離和連接電纜越短越好,以節(jié)約投資,減少可能產(chǎn)生的強(qiáng)電信號(hào)的干擾。
b. 超聲流量計(jì)
最近十幾年來(lái),由于電子技術(shù)的發(fā)展,超聲流量計(jì)才得以應(yīng)用于流量測(cè)量。利用超聲流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量的方法有很多種,其中較為典型的是時(shí)差法和多普勒法。凈水廠多選用時(shí)差法流量計(jì),其方法是在測(cè)量管道上安裝兩個(gè)換能器,因順流與逆流流速差別的影響,測(cè)量從發(fā)射到接收而產(chǎn)生的時(shí)間差,據(jù)此測(cè)出流速。
超聲流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn):
(1)安裝維護(hù)方便。隨著夾裝式傳感器的廣泛使用,在安裝和維護(hù)超聲流量計(jì)時(shí)不需在管道上打孔或切斷流量,就可在已存在的應(yīng)用場(chǎng)合很方便地進(jìn)行安裝,尤其適用于大口徑管道檢測(cè)系統(tǒng)。
(2)口徑范圍大,且價(jià)格不受管徑影響。
(3)測(cè)量可靠性高。
(4)無(wú)壓力損失。
(5)不受流體參數(shù)影響。
(6)輸出標(biāo)準(zhǔn)化直流信號(hào),可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng)。
選用超聲流量計(jì)要特別注意傳感器的安裝誤差、管道內(nèi)壁結(jié)垢、防腐層均勻與否,這些因素對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。另?yè)?jù)超聲流量計(jì)的測(cè)量原理,只有流速分布均勻時(shí)才能保證測(cè)量的精確度,所以在流量計(jì)的上下游要有足夠的直管段,參考各種資料及流量計(jì)的使用手冊(cè),要求上游最少不小于10D,下游大于5D。
由于自來(lái)水行業(yè)為連續(xù)生產(chǎn),進(jìn)行不間斷計(jì)量是極為重要的,所以一般安裝于管道上的流量計(jì)不能經(jīng)常拆卸送檢,一般做法是采用精確度較高的便攜式超聲流量計(jì),按周期送國(guó)家認(rèn)證單位進(jìn)行校準(zhǔn),作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)器具,再用比對(duì)的方式定期檢測(cè)在線流量計(jì)。這需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)使用單位要求,考慮將來(lái)生產(chǎn)管理的需要,預(yù)留出比對(duì)測(cè)量的空間,以方便用戶,即將流量計(jì)井做得稍大一些,除安裝固定式流量計(jì)外,還應(yīng)如圖1所示預(yù)留出便攜式流量計(jì)測(cè)量的空間。
圖1 便攜式流量計(jì)預(yù)留測(cè)量空間示意圖
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