0引言
　　疏浚船舶泥浆流量计是计算挖泥产量、指导施工操作的重要设备之一，所测流量数据为施工管理提供重要的决策依据[1]。现阶段疏浚船舶泥浆流量计多为接触式电磁流量计，新型超声波及声呐阵列流量计应用于石油化工、矿山采矿、钢铁等行业，应用于疏浚船舶的案例较少[2]。疏浚船舶泥浆流量计测量介质为固液两相流，施工过程复杂多变，衡量泥浆流量计是否适用于疏浚船舶的首要因素为测量稳定性，测量的稳定性直接影响着施工效率；流量计的测量稳定性与流量计的工作原理、安装方式、使用寿命及测量介质有着密切的关系。
　　将新型超声波流量计、新型声呐阵列流量计安装在某绞吸船，测量介质为贝壳泥沙海水混合液体；通过对绞吸船施工监测来记录新型流量计的流速数据，并与绞吸船现役的电磁流量计所测流速数据对比分析，通过对比可知新型流量计是否适用于疏浚船舶。
1工作原理
1.1电磁流量计
　　电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表；电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势[3]。如图1所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成正比的感应电动势，其值如下：
E=kBD`v
式中：E为感应电动势；k为系数；B为磁感应强度；D为测量管内径；`v为平均流速。

体积流量：
Qv=πD2`v/4=πDE/4kB
　　由上式可知，体积流量Qv与感应电动势E和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关。
1.2超声波流量计
　　超声波流量计是利用超声脉冲在流体中传播的速度与流体的速度有对应的关系，即顺流时的超声脉冲传播速度比逆流时传播的速度要快，顺流与逆流两种超声脉冲传播的时间差越大，则流量越大原理[4]。如图2所示流量计工作时，处在上游的换能器发射调制后的超声波脉冲，为顺流传播，下游的换能器接收到脉冲后再返回一个相同调制脉冲，该脉冲逆流传播到上游换能器，根据两束脉冲的传播距离、传播时间可以计算出声速、被测量介质流速。新型超声波流量计的改进之处即在于这个脉冲的抗干扰性，脉冲由一个已知低频波形去调制固定高频，这样接收端可以进行波形比对，滤除常见的介质噪声；计算声波传输时间时采取波形鉴相技术，提高了声波传输时间的性，进而提高流量计的测量精度。


2流量计应用测试
2.1测试条件
1）时间：2016年4月15日；
2）地点：厦门新机场；
3）船舶：新海豚绞吸船；
4）流量计型号：科隆电磁流量计、德国FLEXIM便携式外夹超声波流量计（4个探头）、美国CIDRA抱箍式声呐阵列波流量计；
5）流量计口径：DN850；
6）安装位置：排泥金属主管道（如图3依次为超声波、声呐阵列、电磁流量计）；
7）介质：贝壳泥沙海水混合液体（施工稳定阶段浓度为30%）
2.2测试准备与开始
　　超声波流量计的安装对管道要求较高，安装前需对管道的内壁进行厚度测量，测厚过程中发现管道内壁厚薄不均匀，为了避免管道表面不平整导致探头信号衰减，安装探头时在其表面涂抹较厚的耦合剂以此填补管道表面凹痕。为确保测试原始真实性，3种流量计仪表通电后，除基本参数外，其余优化参数均不设置。
　　测试准备完成后，对绞吸船启泵、停泵及施工稳定阶段流量计的应用情况进行测试，并记录测试数据。
3流量计测试数据及分析
3.1施工稳定阶段测试
　　对施工稳定阶段中3种流量计所测介质流速数据记录，截取其中一段数据绘制成曲线如图4所示。

　　对曲线中3种流量计所测介质流速数据做比较分析，3种流量计所测流速之间关系为（系数为数据段的平均倍数）：
v超声波=1.046v电磁
v声呐=1.056v电磁
标准差是反映数据样本内个体间的离散型，流速的标准差可反映
3种流量计测量的稳定性。
3种流量计所测流速数据的标准差分别为：
s电磁=0.54
s超声波=0.51
s声呐=0.47
　　由图4及数据分析可知，因第1次测试，流量计仪表只进行初始参数设置，此次测试3种流量计流速波动都较大。根据测量情况，对3种流量计仪表参数进行优化设置，优化后再次进行测试，测试数据曲线如图5所示。

选取其中一段相对稳定的数据进一步分析可知（选取的样本数与第1次测试相同）：
v超声波=1.031v电磁
v声呐=1.044v电磁
3种流量计所测流速数据的标准差为：
s电磁=0.42
s超声波=0.41
s声呐=0.35
　　综上可知2次测试中3种流量计所测介质流速之间关系为v声呐>v超声波>v电磁；第2次测试中3种流量计所测流速较第1次更加稳定，且声呐阵列流量计所测流速依然是***稳定，超声波流量计所测流速的稳定性与电磁流量计所测流速的稳定性相当。
3.2启动、停止测试
　　施工稳定阶段测试中用于分析的数据是截取流量稳定后的一段，对于绞吸船泥泵启动初期、停止时流量计所测流速数据没有进行比较分析；为综合分析施工各个阶段流量计测量情况，将绞吸船泥泵启动初期、停止时的流量计所测流速数据进行对比分析。截取测试中泥泵由停止再到启动时的流量计所测流速数据绘制成曲线，如图6所示。
　　由图6可知在泵停止阶段，在流速下降阶段声呐阵列流量计相对有较大的波动，超声波及电磁流量计相对稳定；小流速阶段，声呐阵列流量先无法测量到流速，后出现间歇的抖动；超声波流量计和电磁流量计所测流速相对平滑下降直到流速为0。在泵启动初期，声呐阵列流量计会有较大的波动，超声波流量计和电磁流量计上升相对稳定平滑。
　　新型声呐阵列流量计所测介质流速在泵启动阶段虽然有较大的波动，但是能在短时间内稳定下来，因此波动不会对施工稳定阶段产生较大的影响。
4流量计固有特性分析
1）安装方式
　　电磁流量计为接触式安装，需安装在管道上，安装时需拆卸管道[6]；新型超声波流量计和声呐阵列流量计都为非接触式安装，只需对管路进行处理后外夹在管路上即可。
2）使用寿命
　　安装方式很大程度上决定流量计的使用寿命；电磁流量计是接触式安装，流量计受介质流动而磨损，新型超声波流量计和声呐阵列流量计为非接触式安装，不受介质流动影响，故新型超声波流量计与声呐阵列流量计的使用寿命比电磁流量计使用寿命长。

一、砂泥浆流量计概述：

智能电磁流量计（砂泥浆流量计）是我公司采用国内外技术研制开发的全智能型电磁流量计，全中文电磁转换器内核采用高速中央处理器。计算速度非常快、精度高、测量性能可靠。转换器电路设计采用国际先进技术，输入阻抗高达1015 欧姆，共模抑制比优于100db，对于外来干扰以及60Hz/50Hz 干扰抑制能力优于90db,可以测量更低的电导率的流体介质流量。其传感器采用非均匀磁场技术及特殊的磁路结构，磁场稳定可靠，而且大的缩小了体积，减轻了重复，使流量计小型流量化的特点。使客户“买的放心，用的省心，服务称心”是我公司的宗旨。

二、砂泥浆流量计工作原理：

        砂泥浆流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在砂泥浆流量中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离，如图所示。

三、砂泥浆流量计优势及独特卖点：

1.传感器***重要的部件－线圈作***优化的设计，并通过***严格的实流试验，切实保证产品的测量精度

2.信号电极作彻底的静电屏蔽处理，保证小信号不会受线圈的干扰，保证低流速的测量精度

3.线圈与外界作隔离处理，保证线圈长期的绝缘强度，也就保证传感器的长期测量精度

4.传感器所有的焊接工艺都采用氩弧焊工艺，虽然成本较高，但能保证焊接的可靠性（焊接是传感器的***主要的生产工艺），特别是安装线圈后的***后一道焊接工序，用氩弧焊工艺能保证已安装的线圈不被损伤

5.采用接地电极结构，形成一个平衡电极平面，保证整个测量平均速度的过程都被限制在平衡电极平面之内进行，能很好的消除电气噪声干扰，提供的测量结果

6.采用定制的双层屏蔽电缆

7.可编程频率低频矩形波励磁，提高了流量测量的稳定性，功率损耗低

8.特殊介质测量（如浆液）采用高频励磁，消除杂波干扰

9.采用16位嵌入式微处理器，运算速度快，精度高

10.全数字处理，抗干扰能力强，测量可靠，精度高

11.超低EMI开关电源，适用电源电压变化范围大，抗EMC性能好

12.用单块电路板完成所有功能设计，采用SMD器件和表面帖装SMT）技术，电路可靠性高

13.高清晰度背光中文LCD显示，显示累积流量、瞬时流量、流速、流量百分比等

14.菜单操作，使用方便，操作简单，易学易懂

15.双向测量系统，内部具有三个积算器可分别显示正向累计量、反向累计量及差值积算量

16.具有自检与自诊断功能，并在屏幕上显示

17.独特的防雷设计

 

四、砂泥浆流量计解剖图：

 

 

五、砂泥浆流量计电极选择：

SUS316L不锈钢电极

钛电极

钽电极

4、根据被测介质的腐蚀性、磨损性及温度来选择衬里材料。

橡胶衬里示意图

PO衬里示意图

四氟衬里示意图

5、电磁流量计防护等级。根据国标GB4208-1984约同于国际电工委员会IEC标准（IEC529-7B），外壳防护等级的标准为：IP65为防喷水型，即可允许水龙头从任何方向对仪表喷水，喷水压力为30Kpa。出水量为0.75m3/h，喷水口离仪表距离为3m；IP67为防浸水型，即仪表可全部浸入水中，***高点应在水下至少150cm，持续时间至少30min。IP68为潜水型，能长期在水下工作。根据以上规定，在地下安装易被水淹的仪表应选IP68，仪表在地上安装的宜选IP65。

6、根据连接仪表管道的绝缘性选择接地。

7、根据被测介质的***高压力选择电磁流量计的公称压力。对于介质压力为10MPa、16MPa、25MPa、32MPa几个等级的流量测量，应选用高压型电磁流量计流量计。其***大口径为100mm。

电磁流量计前方***少要有5＊D（D为流量计内径）长度的直管段，后方***少要有3＊D（D为流量计内径）长度的直管段；

流体的流动方向和流量计的箭头方向一致；
管道内要有真空会损坏流量计的内衬，需特别注意；
在电磁流量计附近应无强电磁场；
在电磁流量计附近应有充裕的空间，以便安装和维护；
若测量管道有振动，在流量计的两边应有固定的支座测量不同介质的混合液体时混合点与流量计之间的距离***少要有30×D（D砂浆流量计内径）长度为方便今后流量计的清洗和维护，应安装旁通管道；

 

六、砂泥浆流量计现场示意图：

 

 

电磁流量计是一种根据法拉电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表，采用单片机嵌入式技术，实现数字励磁，同时在电磁流量计上采用CAN现场总线,属国内首创，技术达到国内水平。电磁流量计在满足现场显示的同时，还可以输出4～20mA电流信号供记录、调节和控制用，现已广泛地应用于化工、环保、冶金、医药、造纸、给排水等工业技术和管理部门。污水计量表除可测量一般导电液体的流量外，还可测量液固两相流，高粘度液流及盐类、强酸、强碱液体的体积流量。 SUS316L不锈钢电极 钛电极 钽电极 橡胶衬里示意图 PO衬里示意图 四氟衬里示意图
砂泥浆流量计特点
●仪表结构简单、可靠、无可动部件，工作寿命长。 ●无截流阻流部件，不存在压力损失和流体堵塞现象。 ●无机械惯性，响应快速，稳定性好，可应用于自动检测、调节和程控系统。 ●测量精度不受被测介质的种类及其温度、粘度、密度、压力等物理理参数的影响。 ●采用聚四氟乙烯或橡胶材质衬里和HC、HB、316L、Ti 等电极材料的不同组合可适应不同介质的需要。 ●备有管道式、插入式等多种流量计型号。 ●采用EEPROM存贮器，测量运算数据存贮保护安全可靠。 ●具备一体化和分离型两种形式。 ●高清晰LCD背光显示。
砂泥浆流量计 技术参数	表1
适用管径 DN25～DN2600(DN25以下为非标) 电极材料 316L(不锈钢)、HC(哈氏C)、HB(哈氏B)、Ti(钛)、Ta(钽) 适用介质 导电率>5us/cm的液体 测量范围 0．1～10m/s(可扩展到15m/s) 量程上限 0.5～10m/s,1～5m/s 精度等级 0.3级、0.5级、1.0级(随口径区分) 输出信号 4～20mADC,负载≤750Ω；0～３KHz,5V有源，可变脉宽，有效频率输出：RS485接口 工作压力 1.0MPa,1.6MPa,4.0MPa,16MPa(特殊) 流体温度 -20℃～80℃,80℃～130℃，130℃～180℃ 参考衬里材质 环境温度 传感器-40℃～80℃;转换器-15℃～50℃ 环境温度 ≤85RH(20℃时) 电缆出口尺寸 M20×1.5 供电电源 220VAC±10%;50Hz±1Hz;24VDC±10% 功 耗 ≤8W 外壳防护等级 一体式：IP65分体式：传感器IP68转换器IP65 接地环材质 1Cr18Ni9Ti(不锈钢)、HC(哈氏C)、Ti(钛)、Ta(钽)、Cu(铜) 连接法兰 国标GB9119-88(DIN2051,BS4504)
泥浆流量计 工作原理 电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律。流量计的测量管是一内衬绝缘材料非导磁合金短管。两只电极沿管径方向穿通壁固定在测量管上。其电极头与衬里内表面基本齐平。励磁线圈由双向方波脉冲劢磁时，将在与测量管轴线垂直的方向上产生一磁通量密度为Ｂ的工作磁场。此时，如果具有一定电导率的液体流经测量管，将切割磁力线感应出电动势Ｅ。电动势Ｅ正比于磁通量密度Ｂ,测量管内径d与平均流速V 的乘积。电动势Ｅ(流量信号)由电极检出并通过电缆送至转换器。转换器将流量信号放大处理后，可显示流体流量，并能输出脉冲，摸拟电流等信号，用于流量的控制和调节。
E＝KBdV 式中: E――――为电极间的信号电压(V) 　　　 B――――磁通密度(T) 　　　 d――――测量管内径(m) V――――平均流速(m/s) 式中K，d为常数，由于励磁电流是恒流的，故B也是常数，则由E＝KBdV可知，体积流量Q与信号电压E成正比，即流速感应的信号电压E与体积流量Q成线性关系。因此,只要测量出E就可确定流量Q，这就是电磁流量计的基本工作原理。 由E＝KBdV可知，被测流体介质的温度、密度、压力、电导率、液固两相流体介质的液固成分比等参数不会影响测量结果。至于流动状态只要符合轴对称流动(如层流或紊流)就不会影响测量结果的。因此说电磁流量计是一种真正的体积流量计。对于制造厂和用户来说，只要用普通的水实际标定后就可测量其他任何导电流体介质的体积，而不需作任何修正，这是电磁流量计的一突出优点，是其他任何流量计所没有的。测量管内无活动及阻流部件，因此几乎没有压力损失，并具有很高的可靠性。
污水计量表产品选型
1、量程范围确认 一般工业用电磁流量计被测介质流速发2～4m/s为宜，在特殊情况下，较低流速应不小于0.1m/s，***高不大于８m/s。若介质中含有固体颗粒，常用流速应小于3m/s，防止衬里和电极的过分磨擦；对于粘滞流体，流速可选择大于2m/s，较大的流速有助于自动消除电极上附着的粘滞物的作用，有利于提高测量精度。在量程Ｑ已确定的条件下，即可根据上述流速Ｖ的范围决定流量计口径Ｄ的大小，其值由下式计算：
Q：流量(m3/h) D：管道内径(m) V：流速(m/h) 电磁流量计的量程Q应大于预计的量大流量值，而正常的流量值以稍大于流量计满量程高刻度的50%为宜。 2、参考流量范围
表2
通径(mm) 流量范围(m3/h) 通径(mm) 流量范围(m3/h) DN15 0.6～6.36 DN500 70.65～7065.00 DN20 0.11～11.30 DN600 101.74～10173.60 DN25 0.18～17.66 DN700 138.47～13847.40 DN40 0.45～45.22 DN800 180.86～18086.40 DN50 0.71～70.65 DN900 228.91～22890.60 DN65 1.19～119.40 DN1000 282.60～28260.00 DN80 1.81～180.86 DN1200 406.94～40694.40 DN100 2.83～282.60 DN1600 723.46～72345.60 DN200 11.30～1130.40 DN1800 915.62～91562.40 DN250 17.66～1766.25 DN2000 1130.40～113040.00 DN300 25.43～2543.40 DN2200 1367.78～136778.40 DN350 34.62～3461.85 DN2400 1627.78～162777.60 DN400 45.22～4521.60 DN2600 1910.38～191037.60 DN450 57.23～5722.65

 

 

产安装与使用1、对外部环境的要求 a、流量计应避免安装在温度变化很大或受到设备高温辐射的场所，若必须安装时，须有隔热、通风的措施。 b、流量计***好安装在室内,若必须安装于室外,应避免雨水淋浇,积水受淹及太阳曝晒，须有防潮和防晒措施。 c、流量计应避免安装在含有腐蚀性气体的环境中，必须安装时，须有通风措施。 d、为了安装、维护、保养、方便，在流量计周围需有充实的安装空间。 e、流量计安装场所应避免有强磁场及强振动源，如管道振动大，在流量计两边应有固定管道的支座。 2、对直管段的要求 为了改善涡流与流场畸变的影响，流量计安装的前、后直管段长度有一定要求，否则会影响测量精度(也可安装整流器，尽量避免在靠近调节阀和半开阀门之后安装)。

管道安装类型 安装示意图 标准管道式 前直管道L 后直管道S 水平管 图a 5D 3D 弯管 图b 10D 5D 扩口管 图c 10D 5D 阀门下游 图d 10D 5D 收缩管 图e 5D 2D 汞下游 图f 15D 5D 混合液 图g 30D 3D

3、对工艺管的要求 流量计对安装点的上、下游工艺管有一定的要求，否则影响测量精度。 a、上、下游工艺管的内径与传感器的内径相同，并应满足：0.98DN≤D≤1.05DN (式中DN：传感器内径，D：工艺管内径) b、工艺管与传感器必须同心，同轴偏差应不大于0.05DN 4、旁通管的要求 为了方便检修流量计，***好为流量计安装旁通管，另外，对重污染流体及流量计需清洗而流体不能停止的，必须安装旁通管。

a、 方便流量计的检修 b、 对重污染流体必须安装 c、流体不能停止而流量计需清洗 5、流量计在管线上的安装要求

6、传感器的接地 为了使仪表可靠的工作，提高测量精度，不受外界寄生电势的干扰，传感器应有良好的单独接地线，接地电阻<10Ω。在连接传感器的管道内若涂有绝缘层或是非金属管道时，传感器两侧还应加装接地环。 a、在金属管道上的接地方式：金属管道内避没有绝缘层，按下图接地。

b、在塑料管道上或有绝缘层、油漆管道上的接地方式：传感器上的两端面应加装接地环，使管内流动的被测介质与大地短接，具有零电位。否则，电磁流量计无法正常工作。(见下图)

7、传感器在阴极保护管道上的安装 防护电解腐蚀的管道通常在其内壁和外壁是绝缘的，因此被介质没有接地电位。所以，传感器必须使用接地环。具有阴极防腐蚀保护的管道，传感器与两侧连接管道之间常是绝缘的，所以介质对地是不导通的，安装时要注意下列各点： a、接地环要装在传感器的两端面上，他们必须与工艺管道的法兰绝缘，通过接地线2与传感器相连，接地环的材质应能耐介质的腐蚀，制造厂通常提供的标准材料是不锈钢(1Cr18Ni9Ti) b、仪表两侧工艺管的法兰应该用截面积为4mm2的铜导线绕过传感器相连,使阴极保护电位与传感器之间隔离。必须要注意，不要连接到传感器上去。 c、法兰连接螺栓必须与工艺管道的法兰绝缘，用户必须自备绝缘材料制造的衬套和垫圈。详见下图示意。

8、电磁流量计的搬运

9、流量计安装时注意事项 a、安装尺寸一定要计算准确，否则容易泄露或安装不上。 b、流体流向必须与传感器表面上的流向箭头保持一致。 c、流量计的电极轴线必须近似水平，否则影响测量精度。 d、传感器两边的法兰必须保持平行否则容易泄露。 e、为了避免在安装后形成旋涡流动，应保证工艺配管、密封件、流量计同轴连接不能错开。 f、安装流量计时，严禁在紧靠流量计法兰处电焊施工，以免烧伤流量计衬里。 g、对不同性质的工艺管道，应采用相应的接地方式(见传感器接地)。 h、对于腐蚀性介质，***好应垂直安装，被测介质自下往上流动，这样可以避免固体颗粒在流量计管道中沉积,使衬里腐蚀均匀，延长使用寿命。 i、对于测量管口径大于200mm，为了方便，可采用伸缩头

泥浆流量计 接线指南

1、方表端子接线与标示(分体型)

2、方表信号线的处理与标示

3、圆表端子接线与标示(一体型)

圆表各接线端子标示含义如下： I+：流量电流输出 COM：报警输出地 COM：电流输出地 FUSE：输入电源保险丝 P+：双向流量频率(脉冲)输出 T1+：通讯输入 COM：频率(脉冲)输出地 T2-：通讯输入 Al：下限报警输出 L1：220V(24V)电源输入 Ah：上限报警输出 L2：220V(/24V)电源输入 4、圆表信号线的处理与标示

注：分体式流量计传感器与转换器连接电缆尽可能短，不要将多余的电缆卷在一起。 连接电缆不能与其他电缆线，如变压器、电动机及其它力电缆装一起，其距离至少大于1m。 连接电缆不能在中途断开或短路也不能改变订货要求长度。 电缆布线应尽量避免干扰源。 泥浆流量计优势产品:     污水型电磁流量计/Φ100mm 自流型电磁流量计/Φ100mm 防腐型电磁流量计/Φ150mm 优点: 　 1、杂物、纤维不影响测量 　 2、四氟耐腐蚀内衬 　 3、抗菌防粘型电极 　 4、正反计量累计流量 　 5、智能自我疹断功能 优点: 　 1、磁场强度增加5倍 　 2、擅长测量超低流速流量 　 3、输入阻抗高达15兆欧姆 　 4、内置大型磁钢 　 5、大电流励磁 优点: 　 1、四电极机构安全接地 　 2、哈氏C合金电极 　 3、四氟内衬耐强酸强碱 　 4、不锈钢外壳延长寿命 　 5、密度换算功能，轻易算质量 潜水型电磁流量计/Φ200mm 高温型电磁流量计/Φ300mm 小口径电磁流量计/Φ10mm 优点: 　 1、桔红潜水漆包用10年 　 2、防护等级：IP68 　 3、全密封灌胶工艺,点滴不漏 优点: 　 1、耐高温达150度 　 2、选用高温漆包线圈 　 3、采用网骨架内衬 优点: 　 1、***小流量可测到20.0L/h　 　 2、耐高压的外插式电极 　 3、反应灵敏,零点稳定   智能电磁流量计安装示范

5结语
　　通过对新型泥浆流量计测试含贝壳泥沙海水混合液体介质并与现役电磁流量计对比可知，新型超声波流量计、声呐阵列流量计所测介质流速大于现役电磁流量计所测介质流速；在施工稳定阶段，新型声呐阵列流量计流速测量具有更好的稳定性，新型超声波流量计与船舶现役电磁流量计流速测量稳定性相当。综合考虑泥浆流量计固有特性及测试结果，新型超声波流量计与声呐阵列流量计流速测量稳定性满足疏浚船舶要求，适用于疏浚船舶。