0 引言

    随着全球人口急剧增长，工业发展迅速，全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。应对这种情况，我国政府将在“十一五”期间投资3000亿元新建、改建数千座污水处理厂，以推进城市污水处理和利用，污染减排。在这样的大背景下，安徽省黄山市正投资兴建某污水处理厂，目前已建成日处理水15000m³污水一期工程，担负着生活、工业污水净化的重要任务，改善水体环境质量，使黄山市成为一座山清水秀的城市。

    2004年前，黄山市基本上没有大型污水集中处理厂等设施，更别提用于污水流量检测的流量计了。在污水处理过程中，原污水的流量是一个需要检测的关键参数。因原污水是含有颗粒、悬浮物、固液混合、具有腐蚀性的介质，而电磁流量计最大特点是能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（如泥浆）或纤维液体的流量，因此，该污水处理厂采用了2台电磁流量计，用于原污水的流量计量。

    1 电磁流量计的工作原理

    电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力运动时，其两端产生感应电动势E为：

       （1）

    式中，K为仪表常数；B为磁感应强度（T）；v为导体运动平均速度m/s；D为管道内径（m）。

图1 电磁流量计工作原理

    电磁流量计工作原理和结构如图1所示，由流量传感器和转换器两大部分组成。

    测量流量时，导电性液体相当于法拉第试验中的导电金属棒，以平均速度v流过垂直于流动方向的磁场。导电性液体的流动，在测量电极上感应出与平均流速成正比的电压。其感应电压信号E通过一对或一对以上的与液体直接接触的电极检测出来。

    根据流体的体积流量公式为

      （2）

    由公式（2）可知，Q与v是成正比的一一对应函数，那么E与Q也是成正比的一一对应函数，测出了感应电压E也即测出了介质的体积流量Q。

    测出的感应电压E由电缆送至转换器，通过智能化处理，然后LCD显示，或转换成标准信号4～20mA输出。

    2  电磁流量计特点

    （1）测量管道内无阻力元件，没有附加的压力损失，不易发生堵塞，具有显著的节能意义；

    （2）测量管道内无可动部件，不易磨损，因此传感器寿命长；

    （3）传感器所需的直管段较短，方便安装；

    （4）合理选择电极和内衬材料，可耐腐蚀和耐磨损；

    （5）双向测量系统，可测正反向流量；

    （6）流量的测量为体积流量，不受流量的密度、粘度、温度、压力、和电导率变化的影响；

    （7）传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，测量精度高（±0.3～-0.5％），量程比宽（1：150）。

    3 电磁流量计选型

    仪表的选型很重要，有关资料表明，仪表在实际应用中有2/3的故障是仪表选型错误或使用不当造成的，因此，在确定选用电磁流量计之后，还应根据不同的工艺、环境、测量、介质等综合考虑。

    3.1 口径选择

    根据该污水处理厂提供的工艺管道直径、管道压力及污水流速，选择口径D=600mm的电磁流量计，现场不需要缩管和扩管。

    3.2 内衬、电极材料选择

    电磁流量计主要用于测电导率≥5μS/cm的流体流量，应根据被测物质的腐蚀性、磨损性、温度及凝结性等特点和价格承受能力，应选择不同内衬、电极材料。

    电磁流量计的内衬材料有：耐腐蚀性中等、耐一般低浓度的酸、碱、盐的氯丁橡胶材料，耐磨损性强而耐腐蚀性能一般的聚氨脂橡胶，耐腐蚀性能强和适于温度高的聚四氟乙烯，化学性质等同于聚四氟乙烯的抗拉、抗压聚全氟乙丙烯，耐稀酸、碱、盐的温度＜60℃的聚乙烯和温度＜100℃的聚苯硫醚等。

    电极材料装于其管道内壁，与被测物质直接接触，故应根据被测物质的腐蚀性选定。电磁流量计电极的材料有：耐盐和小于50%浓度碱溶液的鈦（Ti）电极，耐酸和盐的钽（Ta）电极，耐腐蚀能力强的贵金属铂电极，不适于盐酸的哈氏合金C电极和不适于硝酸的哈氏合金B电极，耐腐蚀能力一般、但价格低廉的不锈钢316L等。

    根据该污水处理厂主要处理生活废水及工业废水，再考虑用户能接受的价格，选用氯丁橡胶材料内衬和不锈钢316L材料电极。

    3.3 防护等级的选定

    根据国家标准，传感器有IP65喷水型和IP68潜水型两种防护等级，根据用户实际安装地点在低矮的井道中，所以传感器选IP68防尘潜水型。

    3.4 附加功能的选择    

    （1）对于选定的基本型，电磁流量计已带LCD显示、4～20mA电流输出和0～1KHz频率输出，根据流量计和计算机通讯的要求，需增加RS-485通讯口功能，

    （2）对于传感器安装在地面以下，应选择分体型。

    4 电磁流量计的安装和调试

    4.1 安装要领

    （1）安装点选择在管道最低处在确认被测物质流向之后，安装点要选择在任何时候测量导管内都能充满液体，以防止由于测量导管内无液而指示不在零位所引起的误差如图2所示。

图2 电磁流量计安装

    （2）直管段保证在前5D后3D

    为获得仪表测量精确度，在传感器上游侧的直管段长度不小于5D，下游侧不小于3D（D为传感器的名义直径）。若在传感器上游侧有两个以上的弯头或其它阻流件，则前置直管段应大于10D。

    （3）信号电极在水平方向

    水平安装时要使电极轴线平行于地平线，因为处于底部的电极易被沉淀物覆盖，被测介质中偶存气泡擦过遮住电极表面，使输出信号波动。

    （4）尽量避开振动源、磁源（大功率电机、变压器）

    由于电磁流量计的测量感应电压很小，电压较低，易受外界电磁噪声的影响，故在安装时应进行可靠的接地连（跨）接。金属管道电磁流量计接地连（跨）接方法如图3所示。

图3 电磁流量计接地

    4.2 转换器安装和调试

    一体化电磁流量计无单独安装转换器，分体式转换器安装在传感器附近或仪表室，场所选择余地较大，环境条件好些。转换器和传感器间距离受制于被测介质电导率和信号电缆型号，即电缆的分布电容、导线截面和屏蔽层数、用制造厂仪表所附（或规定型号）的信号电缆。电导率较低传输距离较长时，应用二层屏蔽电缆。

    为了避免干扰信号，信号电缆必须单独穿过接地保护钢管内，不能把信号电缆和电源线安装在同一钢管内。

    功能性调试时，由智能转换器对仪表分别进行参数的读取，临界值报警试验等，然后进行流量系数值的写入。

    5 仪表投运及故障处理

    电磁流量计在投运前，应对管道及流量计进行彻底检查，包括管道杂物等清理，电极处干燥处理。还包括电气线路的检查，首先应对线路的接地进行检测，确保接地可靠后，还需进行绝缘电阻及接地电阻测试。

    该电磁流量计正常投运一年多来，基本上未出现故障，但是一年后，出现工作异常，具体表现为测量值变大或变小，或者是不停地波动，且经现场检查，已排除管道不满管、介质含气等现象的可能性，发现这类问题的出现可能是与电缆线故障有关。因为流量计随管道埋敷在地下，传感器具有IP68防护结构，转换器安装在仪表箱或室内，两者通过电缆连接，由于地面沉陷，山区环境潮湿等现场情况的变化，传感器和转换器未彻底做好电缆接头处的防潮（防水）等处理，恰逢该接头处于一个潮湿的环境，如仪表井、电缆沟等，潮气侵入电缆接头，都有造成如下的可能：

    （1）信号线对地绝缘下降，引起信号衰减，最终是测量结果偏小；

    （2）信号电缆连接处接触电阻变大，使测量值变小，若该接触电阻不稳定，则测量值无法稳定，且易引入干扰；

    （3）励磁线圈对地绝缘下降，造成测量结果偏小；

    （4）信号线励磁线对地绝缘性能下降，使得测量结果远大于正常的数据，如这种干扰不稳定，对仪表的影响也变化不定，继而出现波动；

    （5）励磁回路电缆连接处接触电阻变大，使转换器的励磁回路处于非恒流工作区域，励磁电流下降，同样造成测量结果偏小，若该接触电阻不稳定，则测量值出现波动。

    判别这类异常情况，因发生在信号回路，判断有一定难度，只有深入现场，在排除流量计其它可能性故障后，就应检查电缆是否有问题，现场仪表维护人员只要把现场的励磁回路电阻测量值与厂方提供的数据作比较，测试接地电阻，逐步判定问题所在，继而采取措施，或更换整根电缆，或保持电缆接头处干燥等。