流量测量技术是发展得比较早、且至今仍在迅速发展的学科，流量测量在工业、商业、交通等各个部门均有极广泛的应用。在工业生产过程各种参数（如压力、温度、液位等）的测量中，以流量测量zui为复杂，也是较难准确测量的参数。因而引起众多学者对流量测量进行研究、开发，研制出数十种原理各异的流量测量仪表，提供给用户，满足了大量流量测量任务的需要。

      随着工业的飞速发展，流量测量所面临的任务越来越繁重，要求也越来越高，再有，环境污染日益严重，为减少污染，必须对排放的污水、污泥等进行计量和控制。这些排放物多含有颗粒、杂质、油珠，呈多项混合状态，且输送管线多为地下，一般仪表很难完成测量任务，这就需要寻找更切合实际的方法。在污水流量仪表的正确选型之前，首先介绍3种可能选用的流量仪表的特点。

      1 3种流量仪表的特点

      1.1 节流装置

      标准节流装置包括标准孔板、标准喷嘴、文丘里喷嘴，非标准节流装置包括1/4圆喷嘴、双重孔板、圆缺孔板。不同的节流装置有不同的界限雷诺数。由zui小流量算出的zui小雷诺数必须大于所选的节流装置的界限雷诺数，这时的流量系数才为常数，这是基本条件。然后再根据工艺所要求的允许压力损失和节流装置前、后的zui小直管段来zui后选择何种节流装置。一般情况下，上游和下游直管段分别为15D和5D。

      一般情况下，推荐下列差压值。

      低压气体——差压范围在1~4kPa时，宜采用1.6kPa；液体——差压范围在16~40kPa时，宜采用25kPa；中高压气体及蒸汽——差压范围在40~100kPa，宜采用60kPa。

      节流装置一般安装在水平管道上，若要安装在垂直管道上，则气体、饱和水蒸汽、湿气体的流向宜自上而下；液体的流向必须自下而上。

      节流装置必须与差压变送器或差压流量变送器配套使用，其测量管路系统较为复杂，同时随着节流装置节流孔逐渐磨损，而改变了原设计计算的流量系数，以致造成测量误差的增大。流体密度和黏度的改变，也会造成测量误差的增大。

      1.2 电磁流量计（管道式）

      适用于电导率大于5μS/cm的导电液体。介质的zui高压力为4MPa，介质的温度范围-60~180℃。具有测量精度高、量程比大（zui大可达1000:1）、系统无压力损失、附加功能多等特点。前后直管段为5D和2D。电磁流量计的传感器zui高防护等级可达IP68（潜水型），有普通型、隔爆型和本安型三类产品。

      电磁流量计可以在任意管道上安装，但是电磁流量计测量电极的轴线必须保持水平方向，且与管道中心线互相垂直。电磁流量计的传感器一定要安装在不产生气体的管道上，同时液体必须充满管道。

      1.3 超声波流量计（夹持型）

      1997年插入式超声波流量计还没有推入市场，夹持型是超声波流量计的主流产品。它适用于能传播超声波的均匀液体和流速较高的气体。介质温度范围-10~100℃，介质压力不受限制。具有量程比宽，不受流体的黏度、密度的影响、能测强腐蚀介质等特点。前后直管段为10D和5D。

      超声波流量计的探头要求与管壁紧密安装，不能有空气泡及沙砾。探头的安装方式共有四种：分别称为V法、Z法、N法、M 法。V法为标准安装方法，Z法适用于大管径测量，N法和M 法适用于小管径测量。管道内壁的粗糙度、结垢以及介质含有颗粒、气泡等均对流量计的精度有很大影响。

      2 流量计选型一般考虑的问题

      1）被测流体的类型（液体、气体、蒸汽等）、状态（清的、脏的、浆液等）及性质（有腐蚀性、无腐蚀性等）。
      2）工艺过程操作条件及温度压力的界限值。
      3）流量计的安装条件：管道的口径尺寸，上游能提供的直管段，管道是否过量振动，环境的温度和湿度等。
      4）仪表精度和量程的选用。
      5）经济性。
      6）仪表的日常维护和可靠性。

      3 流量计的选型

      根据选型原则和对3种仪表的主要性能的比较（见表1）。对炼油污水进行流量测量选用电磁流量计zui为适合。1997年锦州石化公司新建并投运了1套700m³/h炼油污水处理场，流量测量仪表主要选用开封仪表厂生产的E-mag分离型电磁流量计，运行至今效果良好。

      4 E-mag电磁流量计

      4.1 传感器的基本原理和结构

      由电磁感应定律可知，导体在磁场中运动而切割磁力线时，在导体中就会有感应电势产生。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁力线时，也会在两电极上产生感应电势，并存在如下关系。

      E_x=BDν×10^-12                          （1）

      式中 E_x--感应电势，V；
             B-- 磁感应强度，T；
             D-- 管道直径，即导体垂直切割磁力线的长度，cm；
             ν--液体平均流速，cm/s。

      体积流量qv（cm³/s）与流速的关系为

                                  （2）

      将式（2）代人式（1）得

      E_x=（4×10^-12 B/D）q_v=kq_v       （3）

      在D已确定并维持B不变时，k 就是一个常数，这时感应电势则与体积流量具有线性关系。因此，在管道两侧（导管式）各插入一根电极，便可以引出感应电势，经转换器运算放大，就可以显示流量的大小。

      为了避免磁力线被测量导管的管壁短路，并使测量导管在较强的交变磁场中尽可能地降低涡流损耗，E-mag 的测量导管由非导磁的不锈钢材料制成。

      用不锈钢等导电材料做导管时，在测量导管内壁与电极之间必须有绝缘衬里，以防止感应电势被短路。E-mag 电磁流量计为了防止导管被腐蚀并使内壁光滑，在整个测量内壁涂上了绝缘衬里。衬里材料视工作温度、介质腐蚀性的不同而不同，可选用橡胶、聚氨酯、聚丙稀等。

      4.2 转换器的基本原理和使用

      电磁流量计的转换器采用新颖的励磁方式，使流量计具有*的零点稳定性和测量度。转换器向传感器提供的双向恒流驱动电流，以驱动传感器励磁线圈。本身工作频率由单片机控制，不受电源频率变化的影响。励磁电路在磁场反向时由能量恢复系统提供一个高的反向电压，加速克服反向时的磁场阻力。

      由传感器测得的微弱感应电势，输人至转换器的测量系统。经高输人阻抗放大器放大、滤波和自动零点调整及增益控制后，经高性能、高精度信号转换，将模拟信号转换为数字量。单片机将数字信号采样后，计算出流速以及期望得到的各测量值、模拟输出、脉冲输出值等。LCD液晶显示器可显示各测量值。为了减小信号衰减，提高精度，分离型流量计的转换器和传感器之间采用STT3200信号电缆。

      为了使转换器能够理想地工作，还要对它进行菜单编程，菜单结构如图1所示。通过转换器上的4个操作按键，可方便地调出编程菜单，输入参数，确认即可。例如，需要转换器模拟输出4~20mA，通过按键调出菜单，操作过程如图1所示。

      通过以上的操作，就可以得到1个模拟4~20mA输出信号。通过编程可以对流量量程、脉冲输出、总量累计、报警点设置、传感器参数等进行设定。为了保证仪表的正常工作，对于一般参数采取一级保护；对于重要参数如传感器参数等进行二级保护，分别设置保护密码。

      这种智能型转换器在开车过程中起到了很大作用。装置运行初期，流量变化较大。工艺要求在生化池中培养活性污泥，污水主要打回流，以增加停留时间。这时回流量变得很大，而仪表量程是按稳定状态下设计的，仪表瞬时流量值已经超出zui程范围。电磁流量计的量程比可达1000:1，在测量范围内量程可通过转换器改变。于是笔者对转换器重新编程，把量程设置在合理范围，使流量测量达到满意效果。当生产流程运行稳定后，再将量程改回即可。

      4.3 电磁流量计的安装^［1］

      4.3.1 传感器的安装

      为了使仪表可靠测量，安装时要注意以下几点。

      1）为使传感器测量导管内始终充满流体，传感器可安装在U型管道zui低部位。
      2）保证传感器前后直管段分别不小于5D和2D。
      3）如果垂直或倾斜安装，流体一般应自下而上流动。
      4）应保证测量管与工艺管道同轴。
      5）为防止衬里磨损，可在传感器进口加装进口保护法兰（厂家可提供）。
      6）应避免强烈振动和过大的温度变化。
      7）安装场所的磁场强度应小于400A/m。

      4.3.2 电气接线

      为了保证测量精度，传感器与转换器之间的接线应注意以下问题。

      1）在确认电缆型号后，按规定进行接线，接线应正确、牢靠。
      2）电缆剥线时，注意不要损伤应保留的绝缘层。对流量信号线，只要可以接线，就尽量少剥屏蔽层。
      3）连接传感器与转换器之间的电缆采用STT3200，两同轴电缆的内层屏蔽泄漏线绞合后，应套上绝缘套管，然后再接至SIGGND（信号地）端。对黑色半导体层应从根部切除，以免影响其他接线。
      4）传感器与转换器之间的电缆长度一般不超过100m。

      5 结束语

      通过对E-mag电磁流量计的实际应用，笔者总结出以下特点。

      1）测量不受流体密度、黏度、温度、压力和电导率变化的影响；
      2）测量管内*流动部件，无压损，直管段要求较低；
      3）传感器有法兰型及夹持型，其衬里和电极材料有多种选择；
      4）SMART转换器采用励磁方式，功耗低、零点稳定、度高；量程比可达1000:1；
      5）转换器采用16位高性能微处理器，参数设定方便，编程可靠；
      6）流量计为双向测量系统，内装3个积算器：正向流量、反向流量及差值量累积；可显示正、反流量，并具有多种输出：电流、脉冲、HART通讯信号；
      7）橡胶和聚氨酯衬里传感器为本质沉浸结构；
      8）可用于相应的防爆场所。

      E-mag电磁流量计在污水处理厂中使用后，一直运行良好，操作人员反映读数准确，操作简单。不但为装置达标提供了准确的数据，还为电磁流量计在该公司的应用提供了重要依据。