關(guān)于消防水流量計的特點(diǎn)及與自來(lái)水電磁水表的區別

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有一種流量計使用量特別大，適合用來(lái)測量的介質(zhì)種類(lèi)也特別多，但要求介質(zhì)具有導電性，有一定的介電常數，這就是我們常見(jiàn)的消防水流量計。市政供水上有一種新型水表叫電磁水表，實(shí)際上電磁水表也是一種消防水流量計，由于供水行業(yè)的特殊性，針對于供水行業(yè)的工況要求，專(zhuān)門(mén)設計了一款專(zhuān)門(mén)用于供水流量測量的消防水流量計，這就是電磁水表。因此，電磁水表不同于一般的消防水流量計，它們的區在哪里，對于生產(chǎn)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，熟悉消防水流量計與電磁水表的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，對于兩類(lèi)產(chǎn)品的設計與研發(fā)具有得要的意義。本文不僅介紹了消防水流量計的原理、用途及優(yōu)缺點(diǎn)，從使用領(lǐng)域、精度、口徑、量程范圍(計量流速范圍)及量程遷移、重復性、供電方式(功耗)、采樣速率、管道結構與測量直管段、儀表通信和使用環(huán)境等十個(gè)方面分析消防水流量計和電磁水表的區別。
消防水流量計是一種基于法拉第電磁感應原理設計制造的計量導電介質(zhì)體積流量的速度式儀表。通常消防水流量計與介質(zhì)接觸的內腔部位為一個(gè)圓筒形直管，一對測量電極鑲嵌在中部，呈對稱(chēng)分布，電極與介質(zhì)間的部位為一對直徑為6～10mm的圓餅狀薄金屬，其伸出部分厚度僅2～4mm，幾乎不影響流態(tài)的變化。這種簡(jiǎn)單的無(wú)可動(dòng)部件的內腔結構，猶如一根普通的圓筒形流體管道，因而不產(chǎn)生任何壓損，也不會(huì )被某些介質(zhì)中的懸浮物及固態(tài)雜質(zhì)所阻塞。消防水流量計產(chǎn)生的電極信號幅度與流體的流速成正比，因而電信號經(jīng)放大處理后得到的流量數據，線(xiàn)性度非常理想。消防水流量計測量精度高、量程比寬、重復性和線(xiàn)性均十分優(yōu)良;通?？蓽y量流速在0.4～12m/s范圍的各種導電介質(zhì);可以雙向計量;測量介質(zhì)可以是單一溶液，也可以是固、液混合物，也允許有氣泡(氣泡和固態(tài)物質(zhì)將增加計量介質(zhì)體積流量的誤差)。
消防水流量計廣泛應用于各類(lèi)導電介質(zhì)的計量，如清水、污水、液態(tài)酸、堿、鹽、液態(tài)有機化工產(chǎn)品、食品工業(yè)中的醬油、醋及酒類(lèi)等?；煊袎K狀果肉的蘋(píng)果醬、混有沙石的混凝土，這些漿狀混合物也可以計量，只是各種腐蝕性強的介質(zhì)需配置耐腐蝕的工程材料，如橡膠、聚四氟乙烯、尼龍等做流量計的內襯?；煊袣馀莺凸虘B(tài)物質(zhì)的醬料需采用特殊的計算方法來(lái)減少計量的誤差。
一般的消防水流量計由于電路復雜、勵磁功率較大，整機功耗需15～25V·A，因而需市電(AC220V)或專(zhuān)用的安全電源(DC24V)供電。隨著(zhù)電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，電磁流量電信號的處理已由2～3mV精密到0.1mV，動(dòng)態(tài)分辨率可以低至±0.00003mV，這種新技術(shù)功耗極低，完全可以電池供電。由此產(chǎn)生了電磁水表的概念——一種僅計量清水、內部采用鋰電池供電的長(cháng)壽命智能型消防水流量計，由于市場(chǎng)定位和使用要求不同，兩者存在較大的區別，大致的區別表現在以下幾個(gè)方面。
1  應用領(lǐng)域
(1)消防水流量計使用廣泛，適用于工業(yè)生產(chǎn)中各種導電介質(zhì)的流量連續計量和生產(chǎn)工藝控制領(lǐng)域、科學(xué)研究的計量測控領(lǐng)域。
(2)電磁水表以計量清水、原水為主。在市政領(lǐng)域得到廣泛使用，主要解決水源和城鄉供水的計量、統計、分析、結算功能。
2  精度
(1)消防水流量計的精度通常為±0.5%，高精度的可達到±0.2%、±0.3%。
(2)電磁水表的精度一般為Ⅱ級(Q2～Q4±2%，Q1～Q2±5%)，高精度的可達到I級(Q2～Q4±1%，Q1～Q2±3%)。
3  口徑
(1)消防水流量計生產(chǎn)廠(chǎng)商大都可以提供DN20～DN500的產(chǎn)品，規模較大的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商可以提供DN10～DN3000的消防水流量計，DN25～DN600規格的應用數量最多。(2)市場(chǎng)應用最多的電磁水表口徑在DN50～DN300，少數先進(jìn)的跨國專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商能生產(chǎn)DN25～DN800口徑的全系列電磁水表。
4 量程范圍(計量流速范圍)及量程遷移
(1)消防水流量計的介質(zhì)流速測量范圍通常為0.4～12m/s，通常用Qmax和Qmin來(lái)定義計量范圍，Qmax/Qmin(量程比)一般在20～25范圍，Qmin～Qmax應保證精度。如DN100的0.5級表，在量程比20的情況下，在10m3/h(Qmin)至200m3/h(Qmax)流量范圍內，均應保證±0.5%的精度。作為消防水流量計，考慮使用的經(jīng)濟性，常將Qmax選在6.5～8.5m/s流速范圍內，如上述Qmax為200m3/h的DN100消防水流量計，其Qmax流速為7.07m/s。廠(chǎng)商可以自行規定各種口徑的Qmax流速，例如某型DN100消防水流量計，其0.5級產(chǎn)品的Qmax為200m3/h，Qmax/Qmin≥25;Qmax的流速為7.07m/s，在8～200m3/h量程范圍內的誤差小于±0.3%。所謂“量程遷移”，是指該臺消防水流量計在某種工藝現場(chǎng)，其流量計量范圍要調整到4～80m3/h，且其電流輸出的4mA對應流量是4m3/h，20mA輸出時(shí)對應的測量值為80m3/h。即將這臺消防水流量計的計量范圍由標稱(chēng)的10～200m3/h，通過(guò)菜單改變參數，“遷移”至4～80m3/h。當然，經(jīng)過(guò)這樣的量程遷移4～10m3/h流量段的測量精度將超出±0.5%的精度要求。通常，消防水流量計的計量上限流量點(diǎn)，可“遷移”的流速范圍為1～10m/s。選用消防水流量計的口徑，要兼顧經(jīng)濟流速2.5～4.5m3/h和工藝要求。
(2)電磁水表的最高測量流速可達15m/s，通常電磁水表的流量點(diǎn)Q3選在12.5～13.5m/s流速上。電磁水表的量程范圍參照冷水水表標準，是一種強制執行的標準。眾所周知，冷水水表的流量范圍可由Q1(最小流量)、Q2(分界流量)、Q3(常用流量)、Q4(最大流量)來(lái)表述，一般情況下，其流量計量特性可由量程比Q3/Q1(Ｒ值)，Q4/Q3=1.25，Q2/Q1=1.6來(lái)反映。目前跨國先進(jìn)專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商的電磁水表，其Q3/Q1可達400。如西門(mén)子Ⅱ級DN100電磁水表，Q3=250m3/h(流速為13.48m/s)，Q4=312.5m3/h(流速為16.85m/s)，Q3/Q1=400，Ｒ2/Q1=1.6，Q2=1.0m3/h，Q1=0.63m3/h。電磁水表沒(méi)有“量程遷移”的概念，它的計量范圍在始動(dòng)流量QS至最大流量Q4之間，選用電磁水表的口徑，主要應考慮滿(mǎn)足經(jīng)濟流速。
5重復性
(1)對于消防水流量計，重復性是重要的技術(shù)指標之一，其重復性指標通常為精度的1/3，例如0.5級精度的消防水流量計，其重復性應優(yōu)于±0.16%;0.2級表的重復性應優(yōu)于±0.06%。
(2)電磁水表并不把重復性作為一項考核的質(zhì)量指標，它僅是一項設計和實(shí)驗指標。電磁水表最重要的技術(shù)指標為精度，低的始動(dòng)流量，Q1流量點(diǎn)和量程比(Q3/Q1)。當然，對于流量計來(lái)講，兩者均能保證長(cháng)期連續的穩定運行是十分重要的。
6供電方式(功耗)
(1)通常消防水流量計的處理速率快、處理精度高，控制要求快速、穩定、準確。因消防水流量計和外界信息交流方式復雜(輸出4～20mA電流信號、0～10KC頻率信號、ＲS-485通信、開(kāi)關(guān)量控制等)，隔離程度高，因而電子線(xiàn)路多用大量的高速電子元件，功耗可達15～25V·A，這必須由市電(AC220V)和專(zhuān)用外電源(DC24V)供電。因而抗干擾、光電隔離、電磁隔離等防止電源的強電磁沖擊等技術(shù)措施十分必要。
(2)電磁水表的采樣速率比較慢，電子線(xiàn)路由先進(jìn)的低功耗、超低功耗的集成電路為主，計算方法為特殊的高效省電方式，因而功耗極低，可以由內部電池來(lái)連續長(cháng)期供電。這要求電磁水表的電池工作壽命至少為5～6年，現在也有8～10年的產(chǎn)品。對于電磁水表而言，降低功耗、提高電池工作壽命是一項難度很大的挑戰。
7采樣速率
(1)消防水流量計的計量實(shí)時(shí)性要滿(mǎn)足工業(yè)控制的工藝要求，其特點(diǎn)為精準及高速，因而采樣處理速率普遍要求高于100ms/次。
(2)電磁水表的采樣速率在1～30s/次范圍，就可以得到計量的流量數據，況且采樣速率低，功耗也越低;通常采樣速率在15s/次時(shí)，內部配備的電池可保證連續計量6年。
8管道結構與測量直管段
(1)消防水流量計可以由市電供電，因而電子元器件和電子線(xiàn)路的選擇受功耗的影響小，選擇范圍廣;數百毫安的勵磁電流使傳感器的信號輸出幅度也較大，因而不必對流體額外加速以增強信號幅值。消防水流量計的測量腔為直管，工藝簡(jiǎn)單，加工成本低，是消防水流量計測量腔體的普遍設計方式。直管結構幾乎不會(huì )引起被測流場(chǎng)的紊亂，測量的流速基本為經(jīng)濟流速(最高流速低于8m/s左右)，高速采樣率又可及時(shí)修正各種流場(chǎng)變化帶來(lái)的誤差，所以消防水流量計的直管段為前5D和后3D就可以滿(mǎn)足計量的精度要求。
(2)電磁水表使用內裝的鋰電池供電，降低功耗、延長(cháng)工作壽命是其設計任務(wù)的關(guān)鍵，因而只能采用較低的勵磁電流(通常它的勵磁電流僅為消防水流量計的1/10，甚至更低)，這樣傳感器的有效輸出信號幅值就很微弱。電磁水表研發(fā)人員通常用兩種方法來(lái)增強信號:一是提高信號的放大倍數;二是將測量段縮徑，人為提高介質(zhì)流速，這將大幅提升流量信號。因此，電磁水表的測量腔體幾乎都采用縮徑工藝，一般縮徑為原標稱(chēng)口徑的70%～80%，縮徑率以不顯著(zhù)影響儀表的壓損并且不顯著(zhù)改變流場(chǎng)的穩定為原則。
電磁水表的縮徑工藝加大了制造難度，增大了壓力損失，太大的縮徑也會(huì )擾亂流場(chǎng)的穩定，因此制造商要綜合考慮縮徑和流場(chǎng)穩定對計量的影響。
電磁水表的采樣速率比較慢，信號又很微弱，這樣計算處理需要的穩定時(shí)間比較長(cháng)，這也需要遠比消防水流量計更穩定的流速，考慮到縮徑的因素，一般電磁水表的前后直管段選擇要比消防水流量計嚴格。為保證計量精度，電磁水表通常需要前10D和后5D的直管段。
9儀表通信
(1)消防水流量計使用廣泛，計量方式和流量控制方式種類(lèi)繁雜，因而通信方式比較豐富，一般生產(chǎn)廠(chǎng)商都有下述配置:①定量脈沖輸出，如輸出一個(gè)脈沖代表1m3/h流量(可選0.1m3/h，甚至0.01m3/h)。②頻率輸出，表示輸出0～10kHz頻率范圍代表0～Qmax流量。③輸出4～20mA電流，通常表示瞬時(shí)量為Qmin～Qmax。近幾年設計的4～20mA電流模擬信號，可以同時(shí)進(jìn)行數字通信，即可以進(jìn)行HAＲT(協(xié)議)通信。④ＲS-485通信，通常執行ModbusＲTU通信標準。⑤開(kāi)關(guān)量輸出，一般有1～2路輸出控制，以執行超流量上限關(guān)閘，超流量下限開(kāi)閘等工藝控制。
這些通信幾乎都通過(guò)電纜連接儀表和計算機及控制設備，以保證計量和工藝控制的精確、實(shí)時(shí)、可靠。
(2)電磁水表主要使用在原水和居民自來(lái)水的計量、統計、分析和結算上，幾乎沒(méi)有工藝控制要求，內部電池供應又限制它不能過(guò)多的耗電，因此通信方式比較簡(jiǎn)潔，一般生產(chǎn)廠(chǎng)商都選下述配置中的若干方式進(jìn)行通信:①和傳統冷水水表一樣，可以人工抄表，因而都有液晶屏進(jìn)行流量數據顯示。②開(kāi)關(guān)量輸出。③與無(wú)線(xiàn)通信裝置的接口，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信設備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信。④ＲS-485通信和消防水流量計一樣，通常執行ModbusＲTU通信協(xié)議，并且需要外部供電(DC24V)，這往往需要4根電纜。東海集團生產(chǎn)的電磁水表可以采用微功耗技術(shù)來(lái)進(jìn)行ＲS-485通信，這種方式可以使用內部鋰電池進(jìn)行供電，省掉外供電的2根電纜，通信只需2根電纜連接。⑤紅外通信，這是一種功耗較低的無(wú)線(xiàn)雙向通信方式，容易滿(mǎn)足安裝在井下和水中的電磁水表的苛刻的防護要求。
10  使用環(huán)境
10.1溫度要求
(1)消防水流量計使用場(chǎng)合廣泛，通常在－20～55℃的溫度環(huán)境中可連續、穩定、可靠地工作。某些特定領(lǐng)域，甚至能在70℃高溫條件下正常運行。
(2)電磁水表一般只能在0.1～55℃的溫度環(huán)境中連續工作，設計和性能試驗時(shí)，需考慮夏日高溫直射的炙烤影響。
10.2維護要求
(1)消防水流量計通常由專(zhuān)業(yè)人員維護和保養，且往往有周期性(1年左右)的測試和維護。
(2)電磁水表檢測周期較長(cháng)(2年左右)，平時(shí)幾乎處于無(wú)監管狀態(tài)，大口徑表數據值對計量結算影響巨大，因而對其設計、測試和生產(chǎn)制造的質(zhì)量要求更高。
10.3防護要求
(1)消防水流量計使用廣泛，運行環(huán)境復雜，因而生產(chǎn)廠(chǎng)商針對不同的使用環(huán)境設計了不同的保護方法供用戶(hù)選擇，如采用IP66標準的通用型消防水流量計，僅能防護雨水的淋落;高溫高濕環(huán)境使用要采用特殊的密封耐高溫設計;潛水型消防水流量計要按IP68標準設計防護外殼，某些危險場(chǎng)合(如紡織廠(chǎng)、面粉加工廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、煤礦、易燃易爆場(chǎng)所)使用的消防水流量計，必須按照隔爆標準來(lái)設計外殼防護。所以消防水流量計生產(chǎn)廠(chǎng)商通常會(huì )按照用戶(hù)的使用環(huán)境條件，提供相適應的防護方式產(chǎn)品。
(2)電磁水表測量介質(zhì)比較單一，主要是潔凈的原水(如輸送的江、河、湖泊之水，井水及地下水)和市政供應的清潔自來(lái)水，所用場(chǎng)合幾乎無(wú)危險性或爆炸性粉塵，使用環(huán)境溫度差不是太大，看似其防護要求比較容易解決，而實(shí)際上電磁水表往往安裝在井下潮濕場(chǎng)所，管道滲漏及雨雪天氣又可將電磁水表泡在水中，要防止電磁水表機殼密封處和通信電纜進(jìn)線(xiàn)處的水滲漏十分重要，所以電磁水表均按潛水型設計外殼保護，為提高防護質(zhì)量，至少需要達到1m水深7天的試驗要求，其防護應執行IP68標準2m水深10天以上的要求。電磁水表外殼防護目前按2m水深30天的IP68標準制造，并且正在考慮將防護試驗要求提高到10m水深30天，以達到6年以上防護壽命。

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