關於消防水流量計的特點及與自來水電磁水表的區別

在工業生產領域有一種流量計使用量特別大，適合用來測量的介質種類也特別（bié）多，但要（yào）求介質具有導電性，有一定的介電常數，這就是我們常見的消防水流量計。市政供水上有一種新型水表叫電磁水表，實際上（shàng）電磁水表也是（shì）一種消防水流量計，由於供水行業的特殊性，針對於供水行業的工況（kuàng）要求，專門設計了一款專門（mén）用（yòng）於供水（shuǐ）流量測（cè）量的消防水流（liú）量計，這就是電（diàn）磁水表。因此，電磁水表不同於一般的消防水流量計，它們的區在哪裏，對於生（shēng）產製造企業來說，熟悉消防水流量計與電磁（cí）水表的（de）相同（tóng）點和不同點，對於兩類產品的設計（jì）與研發（fā）具有得要（yào）的意義（yì）。本（běn）文不僅介紹了消防水流量計的原理、用途及優缺點（diǎn），從使用領（lǐng）域、精度、口徑、量（liàng）程（chéng）範圍(計量流速範圍)及量程遷移、重（chóng）複性、供電方（fāng）式(功耗)、采樣速率、管道結構與測量直管段（duàn）、儀表（biǎo）通信和使用環境等十個（gè）方麵分析消防水流量計和電磁（cí）水（shuǐ）表的區別。
消防水流量計是一種基於法拉*電磁（cí）感應原理（lǐ）設計製造的計量導電介質（zhì）體積流（liú）量的速度（dù）式儀表。通常消防（fáng）水流量計與介（jiè）質（zhì）接觸的內腔部位為一個圓筒形（xíng）直管，一對測量電*鑲嵌在（zài）中（zhōng）部，呈對稱分布，電*與介質間的部位為一對直徑為6～10mm的圓餅（bǐng）狀薄（báo）金屬，其（qí）伸出（chū）部分（fèn）厚度僅2～4mm，幾（jǐ）乎不影響流態的變化。這種簡單的無（wú）可動部件的（de）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，也不會被某些介質中的懸浮物及固態雜質所阻塞。消防水流量計產（chǎn）生的電*信號幅度與流體的流速（sù）成正比，因而電信號經放大處理後得到的流（liú）量數據（jù），線性（xìng）度非常理想。消防水（shuǐ）流量計測量精度高、量程比寬、重複性和線性均十分優良;通常可測量流速在0.4～12m/s範圍的各種（zhǒng）導（dǎo）電（diàn）介質（zhì）;可以雙向計量;測量介質可以是單一溶液，也可以是固、液（yè）混合物，也允許有氣泡(氣泡和固（gù）態物質將增加計量介質體積流（liú）量的誤差)。
消防水流量計廣（guǎng）泛應用於各（gè）類導電介質的計（jì）量，如（rú）清水、汙水、液態酸、堿、鹽、液態有機化工產品、食（shí）品工業中（zhōng）的醬油、醋及酒類等。混有塊狀（zhuàng）果肉的蘋果醬、混有沙石的混凝土，這些漿狀混合物（wù）也可（kě）以計量，隻是各種腐蝕性強（qiáng）的介質需（xū）配置耐腐蝕的工程材料，如橡（xiàng）膠、聚四氟乙烯、尼龍等做流量計的內襯。混有氣泡和（hé）固態物質的醬料需采用特殊的（de）計算方法來減少計量的誤差。
一般的消防水流量（liàng）計由（yóu）於電路複雜（zá）、勵磁功率較大，整機功耗需15～25V·A，因而需市電(AC220V)或專用的安（ān）全（quán）電源(DC24V)供（gòng）電（diàn）。隨著電子技術（shù）突飛猛進的發展，電磁流量電信號的處理已由（yóu）2～3mV精密到（dào）0.1mV，動態分辨率可以低至±0.00003mV，這種（zhǒng）新技術功耗*低，完全可以電池供（gòng）電。由此產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（de）長壽命智（zhì）能型消防水流量計，由（yóu）於市場（chǎng）定（dìng）位和使用要求（qiú）不同，兩者存（cún）在（zài）較大的區別，大致的區別表現在以下幾個方麵。
1  應用領域（yù）
(1)消防水流量計使用廣（guǎng）泛，適（shì）用於工業生產（chǎn）中各種（zhǒng）導電介質的流（liú）量連續計量和生產工藝控製領域、科學（xué）研究的計量（liàng）測控（kòng）領域。
(2)電磁水表以計量清（qīng）水、原水（shuǐ）為主。在市政領域得到廣泛使用，主要解決水源和城鄉供水的計量（liàng）、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（de）可達（dá）到±0.2%、±0.3%。
(2)電磁水（shuǐ）表的精度一（yī）般為Ⅱ級(Q2～Q4±2%，Q1～Q2±5%)，高精度的可達（dá）到I級(Q2～Q4±1%，Q1～Q2±3%)。
3  口（kǒu）徑
(1)消防水流量計生產廠商大都可以提供DN20～DN500的產品，規模較大的專業廠商（shāng）可以提供DN10～DN3000的消防水流量計，DN25～DN600規格的應用數量*多（duō）。(2)市場應用*多的電磁水表口徑在DN50～DN300，少數先進的跨國專業廠商能生（shēng）產DN25～DN800口徑的全係列電磁水表。
4 量程範圍(計量流速範圍)及量程遷移（yí）
(1)消防水流量計的介（jiè）質流速測量範圍通常為0.4～12m/s，通常用Qmax和Qmin來定義計量範（fàn）圍，Qmax/Qmin(量程比)一般在20～25範圍，Qmin～Qmax應保（bǎo）證精度。如DN100的0.5級表，在量程（chéng）比20的情況下，在10m3/h(Qmin)至200m3/h(Qmax)流量（liàng）範圍內，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（xìng），常將Qmax選在6.5～8.5m/s流速範圍內，如上述Qmax為200m3/h的DN100消防水流量計，其Qmax流速（sù）為7.07m/s。廠商可（kě）以自行規定各種口徑的Qmax流速，例如某（mǒu）型DN100消防水流量計，其0.5級產品的Qmax為200m3/h，Qmax/Qmin≥25;Qmax的流速為7.07m/s，在8～200m3/h量程範圍（wéi）內的誤差小於±0.3%。所謂“量（liàng）程遷移”，是指（zhǐ）該台消防水流量計在某（mǒu）種工藝現場（chǎng），其流量計量範圍要（yào）調整到（dào）4～80m3/h，且其電流輸出的4mA對應流（liú）量是4m3/h，20mA輸出時對應的測量值（zhí）為80m3/h。即將這台消防水流量計的計量範（fàn）圍由標稱的10～200m3/h，通過菜單改變參數，“遷移”至4～80m3/h。當然，經過這樣的量程遷移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（xiàn）流量點（diǎn），可“遷移”的流（liú）速範圍（wéi）為1～10m/s。選用（yòng）消防水（shuǐ）流量計（jì）的口徑，要兼顧經濟流速2.5～4.5m3/h和工（gōng）藝要求（qiú）。
(2)電磁水表的*高（gāo）測量流速（sù）可達15m/s，通常（cháng）電磁水表的流量點Q3選在12.5～13.5m/s流速上。電磁（cí）水表的量程（chéng）範圍參照冷水水表標準，是一種強製執行的標準。眾所周知（zhī），冷水水表的流量範圍可（kě）由Q1(*小（xiǎo）流量)、Q2(分界流量)、Q3(常用流量)、Q4(*大流量)來表述，一般（bān）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來反映。目前跨國先進專業（yè）廠商的電磁水表，其Q3/Q1可達400。如西門子Ⅱ級（jí）DN100電（diàn）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。電磁水表沒有“量程（chéng）遷移”的概念，它（tā）的計量範圍在（zài）始動流量QS至*大流量Q4之間，選（xuǎn）用電磁水表的（de）口徑，主要應考慮滿（mǎn）足經濟流速。
5重複性
(1)對於消防水流量計，重複性是重要的技術指標之一，其重複性指標通常為精度的1/3，例如0.5級精（jīng）度的消防水流量計，其重複性應優（yōu）於（yú）±0.16%;0.2級表的重（chóng）複（fù）性應優於±0.06%。
(2)電磁水表並不（bú）把重複性作為一項考核的質量指標，它僅是一項設計和實（shí）驗指標。電磁（cí）水表*重要的技術指標為精度，低的始動流量，Q1流量點和量程比(Q3/Q1)。當然，對於流量計來講，兩者均能保證長期連續的穩定運行是十分重要的。
6供電（diàn）方式(功耗)
(1)通常消防水流量計的處理速率快、處理（lǐ）精度高，控（kòng）製要求快速、穩定、準（zhǔn）確。因消防水流量計（jì）和外界信息交流（liú）方式複（fù）雜(輸出4～20mA電流信號、0～10KC頻率信號、ＲS-485通（tōng）信（xìn）、開關（guān）量（liàng）控製等)，隔離程度高（gāo），因而電子線路多用大量（liàng）的高速電子元件（jiàn），功耗可達15～25V·A，這必須由市電(AC220V)和專用（yòng）外電源(DC24V)供電。因而抗幹（gàn）擾（rǎo）、光電隔離、電磁隔離等防止（zhǐ）電源的強電磁衝擊等技術措施十分必要。
(2)電磁水表的采（cǎi）樣速（sù）率比較慢，電子線路由先進的低（dī）功耗、超低功耗的集成電路為主，計（jì）算方法為特（tè）殊的高效省電方式，因而功耗*低，可以由內部電池來連續長期供電。這要求電磁水表的電池工作壽命至（zhì）少為5～6年，現（xiàn）在也有8～10年的產品。對於電磁水表而言，降低功（gōng）耗、提高電池工作壽命是一項難度很大的挑戰。
7采（cǎi）樣速率
(1)消防水流量計的計量實時性要滿足工業控製的工藝要求，其特點（diǎn）為精準及高（gāo）速，因而采樣處（chù）理速率普遍要求高於100ms/次。
(2)電磁水表的采（cǎi）樣速率在1～30s/次（cì）範圍，就可（kě）以得到計量的流（liú）量數（shù）據，況且采樣速率低，功耗也越低;通常采（cǎi）樣速率在15s/次時，內部配備的電池可（kě）保證連續計量6年。
8管道結構（gòu）與測量直管段
(1)消防水（shuǐ）流量計可以由市電供電，因而電子元器件和電子線路的（de）選擇受功耗（hào）的影（yǐng）響（xiǎng）小，選擇範圍廣;數百毫安的勵磁電流使傳感器（qì）的信號輸出幅度也較大，因而不必（bì）對流體額外加（jiā）速以增強信號幅（fú）值。消（xiāo）防水流量計的測量（liàng）腔為直管，工藝（yì）簡單，加工成本低，是消防水流量計測量腔體的普（pǔ）遍設計方式。直管結構幾乎不會引起被測流場的紊亂，測量的流速（sù）基本為經濟流速(*高流速低於8m/s左右)，高速采樣率又可及時修（xiū）正各種流場變化帶來的誤差，所以消（xiāo）防（fáng）水流量計的直管段為前5D和後（hòu）3D就可以滿足計量的精度要求（qiú）。
(2)電（diàn）磁水表使用內裝的鋰電池供電，降低功耗、延長工作壽命是其設計任務的關（guān）鍵，因而（ér）隻能（néng）采用較低的勵磁電流(通（tōng）常它的勵磁電流僅為消防水流量計的1/10，甚（shèn）至更低)，這樣（yàng）傳感器的有效輸出信號幅值（zhí）就很微弱。電磁水表研發人員通常用兩種方法來增強信號（hào）:一是提高信號（hào）的放大倍數;二（èr）是將測（cè）量段（duàn）縮徑，人（rén）為提高介質流速，這將大幅提升流（liú）量信號。因此，電磁水表的測量腔體幾乎都采用（yòng）縮徑（jìng）工（gōng）藝，一般縮徑為原標稱口徑的70%～80%，縮徑率以不顯著影響儀（yí）表的壓損並且不顯著改變流場的穩定為原則。
電磁水表的縮徑工藝加（jiā）大了製造難度，增大了壓力損失，太大的縮徑也會擾亂流場的穩定，因此製造商要綜合考慮縮（suō）徑和（hé）流（liú）場穩定對計量的影響。
電磁水表（biǎo）的采樣速率比較慢，信號又很（hěn）微弱，這樣計算處理需要的穩定時間比較長，這也需要遠比消防水（shuǐ）流量（liàng）計更（gèng）穩定的（de）流速（sù），考慮到縮徑的因素，一般電磁水表的前（qián）後直管段選擇（zé）要比消防水流量計嚴格。為保證計（jì）量精度，電磁水表通常需要前10D和後5D的直管段。
9儀表通信
(1)消防水流量計使用廣泛，計（jì）量方式和流量控（kòng）製方式種（zhǒng）類（lèi）繁雜，因而通信方式比較豐富，一般（bān）生產廠商都有下述（shù）配置:①定量脈衝（chōng）輸出，如輸出一個脈衝代表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頻率範圍代表（biǎo）0～Qmax流量。③輸出（chū）4～20mA電流，通常（cháng）表示瞬時量為（wéi）Qmin～Qmax。近幾年設（shè）計的4～20mA電（diàn）流模擬信號，可以同時進行數字通信，即可以進行HAＲT(協議)通信。④ＲS-485通信，通常執行ModbusＲTU通信標準。⑤開關量（liàng）輸（shū）出，一般有1～2路輸出控製，以執行超流（liú）量上限關閘，超流量下限開閘等工藝控製。
這些通信幾乎都通（tōng）過電纜連接儀表和計算機及控製設備，以（yǐ）保證計量和工藝控製的精確、實時、可靠。
(2)電磁水表（biǎo）主要使用在原水和居民自來水的計量、統計（jì）、分（fèn）析和結算上，幾乎沒有工藝控製要求，內部電池供應又限製它（tā）不能（néng）過多的耗電，因此通（tōng）信方式比較簡潔，一般生產廠商都選下述配置中的若幹方式進行通信:①和傳統冷水水（shuǐ）表一樣，可以人工抄表，因而都有液晶屏進行（háng）流量數據顯示。②開（kāi）關量輸出。③與（yǔ）無線（xiàn）通信裝置的（de）接口（kǒu），可通過無線（xiàn）通信（xìn）設備進行聯網通信。④ＲS-485通信和消防水流（liú）量計一樣，通常執行ModbusＲTU通信協議（yì），並且需要外部供電(DC24V)，這往往需要4根電纜。東海（hǎi）集團生產的電磁水表可以（yǐ）采用微（wēi）功耗技術來進行ＲS-485通信，這種方式可以使（shǐ）用內（nèi）部鋰電（diàn）池進行供（gòng）電，省掉外供電的2根電纜，通信隻需2根（gēn）電纜連接。⑤紅外通信，這是一種功耗較低的無線雙（shuāng）向通（tōng）信方式，容易滿足安裝在井下和水中（zhōng）的電磁水表的苛刻的防護要求（qiú）。
10  使用環境
10.1溫度要求
(1)消防水（shuǐ）流量計使用（yòng）場合（hé）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（néng）在70℃高溫條件下正常（cháng）運行。
(2)電（diàn）磁水表一般隻能在0.1～55℃的溫度環境中連續工作，設計和性（xìng）能試驗時，需考慮（lǜ）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（yóu）專業人員維護和保養，且往往有（yǒu）周期性(1年左右)的測試和維護。
(2)電磁水表檢測周期較長(2年左右)，平時幾乎處於（yú）無監管狀態（tài），大口徑表數據值對計量結（jié）算影響巨大，因而對其（qí）設計、測試和生產製造（zào）的質量（liàng）要求更高。
10.3防護要求
(1)消防水流量計使用（yòng）廣泛（fàn），運行環（huán）境複雜，因而生產廠商針對不同的使用（yòng）環境設計了不同的保護方法供用戶選擇，如采用IP66標準的通用型消防水流量計，僅能（néng）防護雨（yǔ）水的淋（lín）落;高（gāo）溫高濕環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（hé）(如紡織廠、麵粉加工廠、化工廠、煤礦、易燃易爆場所)使用的消防水流（liú）量計，必須按照隔爆標準（zhǔn）來設計外殼防護。所以消防水流量計生產廠商通常會按照用戶的使用（yòng）環境條件，提供相適（shì）應的防護方式產品。
(2)電磁水表測量介質比較（jiào）單一，主（zhǔ）要是潔淨的原水(如輸送的江、河、湖泊之水，井水（shuǐ）及地下水)和市政供應的清潔自（zì）來水，所用場合（hé）幾乎無危險（xiǎn）性（xìng）或爆炸性粉（fěn）塵，使用環境溫度差（chà）不是（shì）太大，看似其防護要求比較容易解決，而實際上電磁水（shuǐ）表往往安裝在井下潮濕場所，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（jī）殼（ké）密封（fēng）處和通信電纜進線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，為提高防護質量，至少需要達到（dào）1m水深7天的試驗要求，其防（fáng）護應執行（háng）IP68標（biāo）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標準製造，並且正在考慮將防護試驗要求（qiú）提高到（dào）10m水深30天，以達（dá）到6年以上防護壽命。

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