給排水工程中計量設備應用分析

劉榮榮 宋雪松 常 永

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）2鄭州大學綜合設計研究院有限公司（450000）

0 概述

隨著社會的發展，人們日常生活、工業及其他行業對水的的需求量一直呈增長的趨勢。尤其是像我國這樣的貧水國家，水資源的不足越來越明顯。因此，對水資源的合理的分配以及節約用水，已是刻不容緩。

同時，隨著工業以及經濟的發展，水環境的污染變得越來越嚴重，導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，對于污水排放的控制和治理，逐漸成為了給排水工程關注的大問題。

在水資源的管理分配，對污水進行排放的控制和治理中都需要有計量設備的合理選用問題。如何科學的選擇計量設備，并正確地加以應用，以獲得最大的經濟和環保效益，是目前需要重視的問題。

1 計量設備

1.1 電磁流量計

電磁流量計根據法拉第電磁感應定律制造的用來測量管內導電介質體積流量的感應式儀表，主要由磁路系統、測量導管、電極、外殼、襯里和轉換器等組成，流量的測量不受流體的密度、黏度、溫度、壓力和電導率變化的影響，傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關系，測量精度高。可測流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為20∶1以上，適用的工業管徑范圍寬，最大可達3m，可測量電導率≥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，不能測量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。無機械慣性，反應靈敏，可以測量瞬時脈動流量，而且線性好，因此可將測量信號直接用轉換器線性地轉換成標準信號輸出，可就地指示，也可遠距離傳送。傳感器對所需的直管段較短，一般為前5D后3D。可測正向流量和反向流量，廣泛用于自來水、工業水、污水處理、冶金、化工、紡織、造紙、電力、制藥、食品等工業。

水利部門的水流量測量主要用于水資源的分配、管理、水道完工、水力發電效率的測量，防洪排洪、水力模型試驗等應用。生活污水中含有復雜物質，其多靠重力自流、流速很低。新設計的自來水和市政排水管網一般會為未來的發展留有足夠余地，導致新建管網中部分支管流量通常很低，且在隨四季和晝夜的變化而進行很大程度的變化。針對這些情況，只有電磁流量計可以達到測量目的。

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

1.2 轉子流量計

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

轉子流量計結構組成非常簡單，使用方便、成本低、量程比大、能夠比較直觀的顯示測量值，易于安裝和維護，廣泛用于復雜，惡劣環境和各種介質條件下的流體測量和過程控制。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，現在也有可水平安裝的轉子流量計；如果適用液體與出廠額定液體不同，則應該對流量指示值進行修正。

轉子流量計選用時需要考慮的主要問題如下:在選擇類型時，應考慮將玻璃管轉子流量計用于單一液體或氣體，而應將帶護套的金屬管轉子流量計用于較高的測量溫度。在進行量程選擇時，需考慮待測流體的實際密度；還需要考慮轉子的形狀及流體黏度對流量測定的影響[2]。

1.3 超聲流量計

超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束或者超聲脈沖的作用進行流量檢測的設備。有多種方法可對信號進行檢測，如傳播速度差法、波束偏移法、多普勒法、相關法及噪聲法等。由于其需要復雜的測量線路進行信號的精確轉換和傳輸，只有依靠成熟的集成電路技術才得以實現，所以超聲流量計在近年來發展迅速。目前產品可達到比較先進的水平，廣泛應用于多個不同的領域，包括給排水在內。

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

對于超聲流量計來說，它所具備的不同于其他的特性有：適用于測量不易接觸和觀察的流體的流量；與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量；比較適合用于大型管道；能夠對固相或者是含氣泡較多的液體進行準確的測量；可測量非導電性液體；當存在內襯太厚或發生腐蝕的情況，就可能使超聲波傳播途徑的改變導致測量不準；管徑不得太小，國內產品不能小于25mm；測量精度不高。

使用超聲流量計時需要考慮以下情況：根據所要檢測的流體性質采用合理的檢測方法；懸浮顆粒物含量范圍；測量精確度；管道材質、使用年限及壁厚；直管段的要求；選擇轉換器類型[3]。

1.4 質量流量計

質量作為一種基本的物理參數，不受到其他因素的影響。在科學研究以及工業生產過程中所需要的一般是流體質量。常用的流量計，通常得到的是流體的體積流量，需要通過許多的中間環節如測量流體的溫度、壓力、密度和體積之后，通過換算間接獲得流體的質量。對于許多的中間環節來說，很難保證測量的精確度，導致結果誤差會很大。

使用質量流量計可以直接得到需要的質量流量，并且與被測介質的其他因素沒有關系。氣體和固體顆粒在被測介質中是否均勻分布，對測量的精度也沒有明顯影響[4]。

1.5 渦街流量計

渦街流量計作為一種體積流量計，能夠測量氣體或者是液體的體積流量，以及標準狀況下的體積流量或者是質量流量。

渦街流量計具備不同于其他流量計的特性是:壓力的損失相對較小，量程比寬，測量精確度比較高，測量精度基本不會受到介質其他參數的影響。渦街流量計在管道中沒有可以活動的部件，結構簡單，使用壽命長，易于維護，測量元件無法直接的跟介質接觸，應用比較可靠，能夠輸出脈沖信號，易于遠距離傳輸。渦街流量計可以輸出點信號，遠程顯示瞬時流量或流體量，無需外部電源，特別適用于不方便外接電源的地方，該儀表可測流體有氣體、蒸汽和液體流量。目前依托計算機的發展，可與其組合成智能型流量計，精度更高，更易于操作和控制，是新一代的渦街流量計。

渦街流量計進行選擇時需要考慮的是:口徑的正確選擇；不適用于雷諾數Re＜2×104的流體；考慮測量準確度、流量計的適用的環境和條件、運行生產的成本等。

1.6 渦輪流量計

渦輪流量計，它是一種速度式流量計，主要構成有渦輪流量變速器和指示積算儀。渦流傳輸將流量信號轉換為電信號，由指示積算儀顯示被測介質的體積流量和總液體量，并輸出點信號。

渦輪流量計它所具備的不同于其他的優點是，準確性比較強、壓力損失相對來說比較小、量程比寬等。它可以對多種液體或氣體的瞬時流量進行測量，包括總液體量也可以進行測量，并可以通過輸出電信號的形式來控制流量[5]。

1.7 孔口式計量設備

孔口計量是利用孔口在恒定浸沒深度下出流的穩定流量來計量，流量的大小可通過改變孔口面積來調節，由浮體、孔口和加藥軟管組成。

孔口計量設備適用于藥液池液位恒定的情況。

1.8 三角堰計量設備

三角堰計量，是一種比較傳統的計量方法，它相對來說比較簡單準確，而且可靠。三角堰測量設備的組成成分有計量槽槽體，三角堰和浮球標尺。三角堰計量設備，在工程上使用時，常將它用于大流量和中流量液體藥劑的計量。

1.9 虹吸計量設備

虹吸計量設備是利用調節恒位水箱液面與虹吸管出口的高差來控制計量加藥量的一種計量設備，主要由調節裝置、槽體、虹吸管、漏斗等組成。虹吸計量設備適用于中水量、小水量的藥劑計量。

1.10 激光多普勒流速計

激光多普勒流速計由光路系統、信號處理系統和記錄系統組成。

激光多普勒流量計的特點是精確度高，動態反應快，測量范圍寬，線性好，方向靈敏性好，空間分辨率高，屬不接觸測量，對流場不破壞等，但要求介質有一定的透明度和含有適量散射粒子。

除上述計量設備外，還有測量液、固兩相流中固體介質質量流量的電導率式流量計，以及相關流量計、散射流量計、沖量式流量計、核磁共振流量計等，都有各自不同的原理和特點。

除上述計量設備外，還有測量液、固兩相流中固體介質質量流量的電導率式流量計，以及相關流量計、散射流量計、沖量式流量計、核磁共振流量計等，都有各自不同的原理和特點[6]。

2 結論與展望

以上是對給排水工程中各種計量設備的分析，在水處理工藝中，計量設備發揮著重要的作用，每種設備都有不同的特點和應用場所，在實際應用中，應對各種因素綜合考慮后進行合適的選擇，以得到最好的處理效果。