給排水工程中計(jì)量設(shè)備應(yīng)用分析

劉榮榮 宋雪松 常 永

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司（450000）

0 概述

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ?、工業(yè)及其他行業(yè)對(duì)水的的需求量一直呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。尤其是像我國(guó)這樣的貧水國(guó)家，水資源的不足越來(lái)越明顯。因此，對(duì)水資源的合理的分配以及節(jié)約用水，已是刻不容緩。

同時(shí)，隨著工業(yè)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水環(huán)境的污染變得越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致可利用的水資源量減少，最終將影響到人類的日常生活。所以，對(duì)于污水排放的控制和治理，逐漸成為了給排水工程關(guān)注的大問題。

在水資源的管理分配，對(duì)污水進(jìn)行排放的控制和治理中都需要有計(jì)量設(shè)備的合理選用問題。如何科學(xué)的選擇計(jì)量設(shè)備，并正確地加以應(yīng)用，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益，是目前需要重視的問題。

1 計(jì)量設(shè)備

1.1 電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制造的用來(lái)測(cè)量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表，主要由磁路系統(tǒng)、測(cè)量導(dǎo)管、電極、外殼、襯里和轉(zhuǎn)換器等組成，流量的測(cè)量不受流體的密度、黏度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號(hào)與平均流速呈線性關(guān)系，測(cè)量精度高?？蓽y(cè)流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為20∶1以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達(dá)3m，可測(cè)量電導(dǎo)率≥5μs/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量，不能測(cè)量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。無(wú)機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測(cè)量瞬時(shí)脈動(dòng)流量，而且線性好，因此可將測(cè)量信號(hào)直接用轉(zhuǎn)換器線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，可就地指示，也可遠(yuǎn)距離傳送。傳感器對(duì)所需的直管段較短，一般為前5D后3D?？蓽y(cè)正向流量和反向流量，廣泛用于自來(lái)水、工業(yè)水、污水處理、冶金、化工、紡織、造紙、電力、制藥、食品等工業(yè)。

水利部門的水流量測(cè)量主要用于水資源的分配、管理、水道完工、水力發(fā)電效率的測(cè)量，防洪排洪、水力模型試驗(yàn)等應(yīng)用。生活污水中含有復(fù)雜物質(zhì)，其多靠重力自流、流速很低。新設(shè)計(jì)的自來(lái)水和市政排水管網(wǎng)一般會(huì)為未來(lái)的發(fā)展留有足夠余地，導(dǎo)致新建管網(wǎng)中部分支管流量通常很低，且在隨四季和晝夜的變化而進(jìn)行很大程度的變化。針對(duì)這些情況，只有電磁流量計(jì)可以達(dá)到測(cè)量目的。

對(duì)電磁流量計(jì)的選擇需要考慮到的因素是：流速、全流量和范圍度；口徑；液體電導(dǎo)率；液體中中含有混入物；在選擇零部件材料時(shí)，考慮跟液體需要進(jìn)行直接接觸的情況，需要正確的進(jìn)行選擇[1]。

1.2 轉(zhuǎn)子流量計(jì)

轉(zhuǎn)子流量計(jì)通過改變流體的流經(jīng)面積來(lái)維持轉(zhuǎn)子，在流速、浮力和轉(zhuǎn)子重量三力平衡后，通過磁耦合傳到刻度盤指示流量。主要由從下向上逐漸擴(kuò)大的錐形管和在錐形管中可沿中心線上下自由移動(dòng)的轉(zhuǎn)子組成。一般有金屬和玻璃轉(zhuǎn)子兩種流量計(jì)，前者常用于工業(yè)，后者用于小管徑腐蝕性介質(zhì)。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)組成非常簡(jiǎn)單，使用方便、成本低、量程比大、能夠比較直觀的顯示測(cè)量值，易于安裝和維護(hù)，廣泛用于復(fù)雜，惡劣環(huán)境和各種介質(zhì)條件下的流體測(cè)量和過程控制。適用于小管徑，玻璃管的管徑≤100mm，金屬管的管徑≤150mm，低流速（＜1.5m/s）；一般用于從下到上的垂直管道安裝，現(xiàn)在也有可水平安裝的轉(zhuǎn)子流量計(jì)；如果適用液體與出廠額定液體不同，則應(yīng)該對(duì)流量指示值進(jìn)行修正。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)選用時(shí)需要考慮的主要問題如下:在選擇類型時(shí)，應(yīng)考慮將玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)用于單一液體或氣體，而應(yīng)將帶護(hù)套的金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)用于較高的測(cè)量溫度。在進(jìn)行量程選擇時(shí)，需考慮待測(cè)流體的實(shí)際密度；還需要考慮轉(zhuǎn)子的形狀及流體黏度對(duì)流量測(cè)定的影響[2]。

1.3 超聲流量計(jì)

超聲流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束或者超聲脈沖的作用進(jìn)行流量檢測(cè)的設(shè)備。有多種方法可對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如傳播速度差法、波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法及噪聲法等。由于其需要復(fù)雜的測(cè)量線路進(jìn)行信號(hào)的精確轉(zhuǎn)換和傳輸，只有依靠成熟的集成電路技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)，所以超聲流量計(jì)在近年來(lái)發(fā)展迅速。目前產(chǎn)品可達(dá)到比較先進(jìn)的水平，廣泛應(yīng)用于多個(gè)不同的領(lǐng)域，包括給排水在內(nèi)。

超聲流量計(jì)可用于測(cè)量供水和排水中的固體顆粒，懸浮物或氣泡。超聲流量計(jì)可以適用于除混凝土管以外的其他所有硬質(zhì)材料管道。

對(duì)于超聲流量計(jì)來(lái)說，它所具備的不同于其他的特性有：適用于測(cè)量不易接觸和觀察的流體的流量；與水位計(jì)聯(lián)動(dòng)可進(jìn)行敞開水流的流量測(cè)量；比較適合用于大型管道；能夠?qū)滔嗷蛘呤呛瑲馀葺^多的液體進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量；可測(cè)量非導(dǎo)電性液體；當(dāng)存在內(nèi)襯太厚或發(fā)生腐蝕的情況，就可能使超聲波傳播途徑的改變導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)；管徑不得太小，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品不能小于25mm；測(cè)量精度不高。

使用超聲流量計(jì)時(shí)需要考慮以下情況：根據(jù)所要檢測(cè)的流體性質(zhì)采用合理的檢測(cè)方法；懸浮顆粒物含量范圍；測(cè)量精確度；管道材質(zhì)、使用年限及壁厚；直管段的要求；選擇轉(zhuǎn)換器類型[3]。

1.4 質(zhì)量流量計(jì)

質(zhì)量作為一種基本的物理參數(shù)，不受到其他因素的影響。在科學(xué)研究以及工業(yè)生產(chǎn)過程中所需要的一般是流體質(zhì)量。常用的流量計(jì)，通常得到的是流體的體積流量，需要通過許多的中間環(huán)節(jié)如測(cè)量流體的溫度、壓力、密度和體積之后，通過換算間接獲得流體的質(zhì)量。對(duì)于許多的中間環(huán)節(jié)來(lái)說，很難保證測(cè)量的精確度，導(dǎo)致結(jié)果誤差會(huì)很大。

使用質(zhì)量流量計(jì)可以直接得到需要的質(zhì)量流量，并且與被測(cè)介質(zhì)的其他因素沒有關(guān)系。氣體和固體顆粒在被測(cè)介質(zhì)中是否均勻分布，對(duì)測(cè)量的精度也沒有明顯影響[4]。

1.5 渦街流量計(jì)

渦街流量計(jì)作為一種體積流量計(jì)，能夠測(cè)量氣體或者是液體的體積流量，以及標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量或者是質(zhì)量流量。

渦街流量計(jì)具備不同于其他流量計(jì)的特性是:壓力的損失相對(duì)較小，量程比寬，測(cè)量精確度比較高，測(cè)量精度基本不會(huì)受到介質(zhì)其他參數(shù)的影響。渦街流量計(jì)在管道中沒有可以活動(dòng)的部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，易于維護(hù)，測(cè)量元件無(wú)法直接的跟介質(zhì)接觸，應(yīng)用比較可靠，能夠輸出脈沖信號(hào)，易于遠(yuǎn)距離傳輸。渦街流量計(jì)可以輸出點(diǎn)信號(hào)，遠(yuǎn)程顯示瞬時(shí)流量或流體量，無(wú)需外部電源，特別適用于不方便外接電源的地方，該儀表可測(cè)流體有氣體、蒸汽和液體流量。目前依托計(jì)算機(jī)的發(fā)展，可與其組合成智能型流量計(jì)，精度更高，更易于操作和控制，是新一代的渦街流量計(jì)。

渦街流量計(jì)進(jìn)行選擇時(shí)需要考慮的是:口徑的正確選擇；不適用于雷諾數(shù)Re＜2×104的流體；考慮測(cè)量準(zhǔn)確度、流量計(jì)的適用的環(huán)境和條件、運(yùn)行生產(chǎn)的成本等。

1.6 渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)，它是一種速度式流量計(jì)，主要構(gòu)成有渦輪流量變速器和指示積算儀。渦流傳輸將流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由指示積算儀顯示被測(cè)介質(zhì)的體積流量和總液體量，并輸出點(diǎn)信號(hào)。

渦輪流量計(jì)它所具備的不同于其他的優(yōu)點(diǎn)是，準(zhǔn)確性比較強(qiáng)、壓力損失相對(duì)來(lái)說比較小、量程比寬等。它可以對(duì)多種液體或氣體的瞬時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量，包括總液體量也可以進(jìn)行測(cè)量，并可以通過輸出電信號(hào)的形式來(lái)控制流量[5]。

1.7 孔口式計(jì)量設(shè)備

孔口計(jì)量是利用孔口在恒定浸沒深度下出流的穩(wěn)定流量來(lái)計(jì)量，流量的大小可通過改變孔口面積來(lái)調(diào)節(jié)，由浮體、孔口和加藥軟管組成。

孔口計(jì)量設(shè)備適用于藥液池液位恒定的情況。

1.8 三角堰計(jì)量設(shè)備

三角堰計(jì)量，是一種比較傳統(tǒng)的計(jì)量方法，它相對(duì)來(lái)說比較簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，而且可靠。三角堰測(cè)量設(shè)備的組成成分有計(jì)量槽槽體，三角堰和浮球標(biāo)尺。三角堰計(jì)量設(shè)備，在工程上使用時(shí)，常將它用于大流量和中流量液體藥劑的計(jì)量。

1.9 虹吸計(jì)量設(shè)備

虹吸計(jì)量設(shè)備是利用調(diào)節(jié)恒位水箱液面與虹吸管出口的高差來(lái)控制計(jì)量加藥量的一種計(jì)量設(shè)備，主要由調(diào)節(jié)裝置、槽體、虹吸管、漏斗等組成。虹吸計(jì)量設(shè)備適用于中水量、小水量的藥劑計(jì)量。

1.10 激光多普勒流速計(jì)

激光多普勒流速計(jì)由光路系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)組成。

激光多普勒流量計(jì)的特點(diǎn)是精確度高，動(dòng)態(tài)反應(yīng)快，測(cè)量范圍寬，線性好，方向靈敏性好，空間分辨率高，屬不接觸測(cè)量，對(duì)流場(chǎng)不破壞等，但要求介質(zhì)有一定的透明度和含有適量散射粒子。

除上述計(jì)量設(shè)備外，還有測(cè)量液、固兩相流中固體介質(zhì)質(zhì)量流量的電導(dǎo)率式流量計(jì)，以及相關(guān)流量計(jì)、散射流量計(jì)、沖量式流量計(jì)、核磁共振流量計(jì)等，都有各自不同的原理和特點(diǎn)。

除上述計(jì)量設(shè)備外，還有測(cè)量液、固兩相流中固體介質(zhì)質(zhì)量流量的電導(dǎo)率式流量計(jì)，以及相關(guān)流量計(jì)、散射流量計(jì)、沖量式流量計(jì)、核磁共振流量計(jì)等，都有各自不同的原理和特點(diǎn)[6]。

2 結(jié)論與展望

以上是對(duì)給排水工程中各種計(jì)量設(shè)備的分析，在水處理工藝中，計(jì)量設(shè)備發(fā)揮著重要的作用，每種設(shè)備都有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)所，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)各種因素綜合考慮后進(jìn)行合適的選擇，以得到最好的處理效果。