摘要：由于污水來源不同，所含污染物質(zhì)也多種多樣，總體來說都比較臟、含有大量雜物、甚至還有腐蝕性。一般污水測(cè)量中選擇明渠堰槽流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)的比較普遍。文中將電磁流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱電磁流量計(jì)）與常用的超聲波流量計(jì)和明渠流量計(jì)在污水測(cè)量中的性能進(jìn)行了對(duì)比，從分析，結(jié)果表明，電磁流量計(jì)更適合污水流量的測(cè)量，能對(duì)污水測(cè)流起到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)控。
0引言
流量計(jì)是污水處理廠中應(yīng)用最多、最廣的測(cè)量?jī)x表。流量計(jì)的類型多種多樣，為了有效控制污水排放，確保監(jiān)測(cè)污水排放的準(zhǔn)確性，挑選合適的流量計(jì)十分必要。目前測(cè)量污水流量常用的流量計(jì)有明渠堰槽流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)等。其中Endress+Hauser（恩德斯豪斯，簡(jiǎn)稱E+H公司）公司生產(chǎn)的電磁流量計(jì)獨(dú)有過電壓勵(lì)磁技術(shù)，可快速形成磁場(chǎng)，縮短穩(wěn)定磁場(chǎng)形成時(shí)間，延長(zhǎng)穩(wěn)定測(cè)量周期，有效過濾雜散信號(hào)，提高信號(hào)獲取強(qiáng)度，測(cè)量更穩(wěn)定，能克服傳統(tǒng)明渠流量計(jì)、超聲波流量計(jì)的常見缺點(diǎn)，提高測(cè)量污水的準(zhǔn)確度和精度。為了對(duì)比這幾種常見流量計(jì)的測(cè)流特性，本文從原理、特點(diǎn)、影響測(cè)流準(zhǔn)確性的因素，污水測(cè)流特點(diǎn)等方面對(duì)上述幾種流量計(jì)進(jìn)行了對(duì)比分析，以期選出最適合污水流量監(jiān)測(cè)的流量計(jì)，使監(jiān)測(cè)值合理可靠，為實(shí)際工作中污水測(cè)流儀表的選擇提供參考。
1幾種測(cè)量方法的原理和特點(diǎn)
1.1.明渠流量計(jì)
明渠流量計(jì)的原理是在渠道中安置標(biāo)準(zhǔn)量水堰槽(如巴歇爾量水槽)，通過測(cè)量被測(cè)流體液位高度，再經(jīng)過測(cè)量?jī)x器內(nèi)部的處理器運(yùn)算得到流量（根據(jù)相應(yīng)流量公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，將測(cè)出的水位值換算成流量值）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)用大多數(shù)的明渠測(cè)量方法為巴歇爾槽明渠流量計(jì)，因此本文以標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽明渠流量計(jì)為例進(jìn)行分析。
標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽流量Q計(jì)算公式如下:
Q=0.375×b×（Ha/0.305）nn=1.569b0.026
式中:b為喉道寬度；Ha為實(shí)測(cè)液位；n是指數(shù)，不同渠道指數(shù)不同。
由計(jì)算公式可知，流量測(cè)量的準(zhǔn)確度是由喉道寬度b和實(shí)測(cè)液位Ha兩個(gè)因素決定的。實(shí)際測(cè)量液位時(shí)受到的影響因素最多，如測(cè)量液位儀器的準(zhǔn)確度和被測(cè)液面的流動(dòng)狀態(tài)等。綜合而言有以下幾個(gè)方面影響測(cè)量準(zhǔn)確度：
1）測(cè)量液位的準(zhǔn)確度，主要取決于液位計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。大多數(shù)明渠都在使用非接觸式超聲波液位計(jì)，實(shí)際測(cè)量時(shí)受到被測(cè)液體表面浮沫和固體漂浮物的影響較大。
2）明渠流量計(jì)液位測(cè)量的重復(fù)性主要取決于液面的穩(wěn)定程度。在實(shí)際測(cè)量污水的時(shí)候，經(jīng)常發(fā)生水流不穩(wěn)定的情況，如產(chǎn)生小型漩渦、波浪、泡沫等，液位測(cè)量的重復(fù)性常常得不到滿足。
3）堰槽的幾何尺寸，取決于測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度（堰槽尺寸的制造精度和安裝技術(shù)要求嚴(yán)格，稍有偏差將會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成較大誤差）。
綜上所述，明渠流量計(jì)在監(jiān)測(cè)污水流量的準(zhǔn)確度，受到多方面因素的影響，如堰槽的選型、設(shè)計(jì)、制作、安裝、調(diào)試和設(shè)置，一旦安裝成型后出現(xiàn)誤差很難糾正，在實(shí)際測(cè)量污水時(shí)受到外界環(huán)境干擾因素影響較大（如被測(cè)液面擾動(dòng)和結(jié)冰等），而且使用中需要經(jīng)常維護(hù)。
1.2.超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)是20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用的一種流量?jī)x器，和電磁流量計(jì)一樣，因?yàn)閮x器流通通道未設(shè)置任何阻礙件，都屬于無阻礙流量計(jì)，適合測(cè)量大管徑和不易接觸的流體。超聲波流量計(jì)測(cè)量是一種間接測(cè)量方法，主要有多普勒法和時(shí)差法兩種方式。在污水測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的是多普勒超聲波流量計(jì)。
1.2.1時(shí)差法原理
在流體中超聲波信號(hào)順流時(shí)傳播速度快，逆流時(shí)信號(hào)傳播速度慢，通過測(cè)量超聲波信號(hào)在流體中順流和逆流傳播時(shí)間差，即時(shí)差，間接測(cè)出流體流速，再通過流速可以計(jì)算出流體流量。時(shí)差法適合用于測(cè)量純凈流體，有較多氣泡或雜質(zhì)的流體會(huì)阻礙超聲波正常傳播，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。
1.2.2多普勒法原理
超聲接收器接收到超聲波傳播途中遇到的懸浮物質(zhì)或微小氣泡而被散射的信號(hào)。發(fā)射信號(hào)頻率受多普勒效應(yīng)（利用聲波所產(chǎn)生的多普勒頻移現(xiàn)象，通過在靜止點(diǎn)檢測(cè)從移動(dòng)源所發(fā)射聲波產(chǎn)生的多普勒頻移來計(jì)算散射體流動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量）的影響變?yōu)椴煌男盘?hào)頻率，根據(jù)頻率之差與流體流速的數(shù)量關(guān)系，可算出流體流量。多普勒法流量計(jì)適用于測(cè)量渾濁流體，但只能測(cè)量雜質(zhì)約50mg/L以上的流體。多普勒法測(cè)量精度低于時(shí)差法。
1.2.3超聲波流量計(jì)的組成
超聲波流量計(jì)是由流量計(jì)表體、換能器、顯示器和累積系統(tǒng)等部分組成。超聲波換能器是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成超聲波傳遞到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成流量信號(hào)傳遞給積算儀表進(jìn)行顯示和積算。超聲波流量計(jì)按照安裝方式可分為插入式、夾裝式和管段式。
1.3.電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是自20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來的新型測(cè)量流量?jī)x器。它是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，當(dāng)導(dǎo)電流體在測(cè)量管內(nèi)的磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)（流體流動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直），會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)被位于管徑兩端的一對(duì)電極檢測(cè)到，傳感器將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作為流量信號(hào)，傳送到轉(zhuǎn)換器，經(jīng)信號(hào)處理后，用液晶顯示儀顯示瞬時(shí)流量和累積流量。
電動(dòng)勢(shì)的大小與流速成正比，其值為：E=B×V×D×K，其中，E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，V為導(dǎo)電液體平均流速，D為電極間距，K為磁場(chǎng)分布于軸向長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)。由于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電極距離D和磁場(chǎng)分布于軸向長(zhǎng)度有關(guān)系數(shù)K是常量，所以E與V成正比，而流量體積又與流速V成正比，所以流量體積與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比。
1.3.1電磁流量計(jì)
Endress+Hauser（恩德斯豪斯，簡(jiǎn)稱E+H公司）創(chuàng)建于1953年，是全世界著名的國(guó)際性集團(tuán)公司，該公司生產(chǎn)的電磁流量計(jì)相比同類電磁流量計(jì)有高頻勵(lì)磁技術(shù)、四電極技術(shù)，空管檢測(cè)（EPD），電子清洗（ECC）等先進(jìn)功能。
1.3.2電磁流量計(jì)四電極技術(shù)
電磁流量計(jì)四電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，電磁流量計(jì)擁有四電極技術(shù)，其中EPD（EmptyPipeDetection）電極為用于檢測(cè)測(cè)量管滿管狀態(tài)，其工作基本原理為EPD電極通過電壓，和兩側(cè)電極形成導(dǎo)通，一旦管內(nèi)有空氣，隨即報(bào)警。
1.3.3電磁流量計(jì)的主要特點(diǎn)
1）根據(jù)電磁流量計(jì)的原理，測(cè)量結(jié)果與被測(cè)流體的物理性質(zhì)無關(guān)（如流體壓力、溫度、電導(dǎo)率等），所以工作穩(wěn)定、測(cè)量精確度高，其中電磁流量計(jì)獨(dú)有的EPD檢測(cè)保障了儀表的可靠測(cè)量;
2）電磁流量計(jì)的測(cè)量管內(nèi)壁光滑，無阻塞，沒有壓力損失；
3）電磁流量計(jì)測(cè)量流量時(shí)，和污水接觸的部分只有內(nèi)管道和電極，為了能達(dá)到耐腐蝕和耐磨損的要求必須選擇合適的電極材料（如不銹鋼等）；
4）電磁流量計(jì)有使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低的特點(diǎn)（ECC清洗功能使儀表?yè)碛懈L(zhǎng)的免維護(hù)周期），而且可以測(cè)正、反兩個(gè)流向的流體流量；
5）輸出信號(hào)多樣（脈沖、電流、頻率等）。根據(jù)上述電磁流量計(jì)的特點(diǎn)，而污水有流量變化大、所含雜質(zhì)屬性不同、有一定的腐蝕性、有導(dǎo)電能力等特性，所以測(cè)量污水的流量，電磁流量計(jì)是一個(gè)理想的選擇。
2三種流量計(jì)測(cè)量污水對(duì)比
2.1明渠與電磁流量計(jì)
基于明渠和電磁流量計(jì)的測(cè)量原理不同，兩種測(cè)量方法無法直接比對(duì)，用表格說明。如表1。
2.2E+H超聲波流量計(jì)與電磁流量計(jì)
本次測(cè)試用的儀器為E+H公司的電磁流量計(jì)，型號(hào)：Promag50W8H，DN800（管徑800mm），橡膠內(nèi)襯（耐磨），精度0.2%，不銹鋼電極。和E+H單聲道夾裝式超聲波流量計(jì)，型號(hào)：91WA1，可測(cè)試管徑為100～2000mm，精度0.2%。測(cè)量結(jié)果如表2所示。
測(cè)量結(jié)果分析如圖2所示。
從圖2可以看出隨著時(shí)間的推移，兩個(gè)儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)偏差越大，具體原因是因?yàn)闇y(cè)量期間超聲波流量計(jì)偶而發(fā)出現(xiàn)氣液兩相報(bào)警，因?yàn)閳?bào)警時(shí)有部分流量缺失未被計(jì)入累計(jì)流量。
一般氣液兩相報(bào)警是指介質(zhì)中出現(xiàn)較多固體（比如高泥沙含量）或氣體（氣泡，類似消聲）造成的超聲波信號(hào)衰減，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確測(cè)量。
3結(jié)語(yǔ)
選擇合適的流量計(jì)確保污水流量測(cè)量的準(zhǔn)確性，就需要了解各種流量計(jì)的原理和各自的特點(diǎn)。以上三種污水測(cè)量方法中，明渠堰槽流量計(jì)在監(jiān)測(cè)污水流量數(shù)據(jù)的時(shí)候，受到的影響因素較多；超聲波流量計(jì)與電磁流量計(jì)都比較適合用于污水測(cè)量。但在實(shí)際的測(cè)量操作中，E+H超聲波流量計(jì)相對(duì)于電磁流量計(jì)受到污水介質(zhì)的影響因素較大，而超聲波流量計(jì)相對(duì)于電磁流量計(jì)有便攜、安裝方便等優(yōu)勢(shì)。如果需要長(zhǎng)時(shí)間精確的檢測(cè)污水，如污水處理廠，電磁流量計(jì)是理想的選擇。
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