摘要:針對(duì)目前電磁流量計(jì)測(cè)量精度偏差大、靈敏度不高的缺陷,提出了一種新的基于電磁感應(yīng)原理的電磁流量計(jì)。分析了該電磁流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)特性等,對(duì)不同流速情況下所對(duì)應(yīng)的最佳流道管徑進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，優(yōu)化后電磁流量計(jì)在滿量程情況下的測(cè)量誤差在0.7%以內(nèi),比優(yōu)化前提升了57.1%;反應(yīng)靈敏度比優(yōu)化前提升了91.7%。
引言
電磁流量計(jì)是一種廣泛應(yīng)用在流體測(cè)量中的計(jì)量設(shè)備,在化學(xué)工業(yè)中廣泛應(yīng)用于合成氨的氨水流量測(cè)量等,其測(cè)量的正確率和靈敏性直接決定了化工合成產(chǎn)品的純度和經(jīng)濟(jì)性,一旦其精度不足或者靈敏性過(guò)低，將直接導(dǎo)致化工生產(chǎn)的異常。目前多數(shù)電磁流量計(jì)為正確級(jí)別為1級(jí)的一對(duì)電極控制模式,主要適用于大管徑、高流速情況下的流量測(cè)試，無(wú)法滿足小管徑、慢流速、精度高、快反應(yīng)的監(jiān)測(cè)需求，極大地限制了化工生產(chǎn)效率和精度的進(jìn)一步提升。
為提高電磁流量計(jì)在小管徑、低流速模式下的工作正確率和反應(yīng)靈敏性，提出一種新的內(nèi)流式的電磁流量計(jì),對(duì)該流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等進(jìn)行了分析,特別是對(duì)不同流速下的最佳流道管徑匹配情況進(jìn)行研究,從而確定流道結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際測(cè)試表明，新的電磁流量計(jì)在滿量程情況下的測(cè)量誤差在0.7%以內(nèi),比優(yōu)化前提升了57.1%,反應(yīng)靈敏度比優(yōu)化前提升了91.7%，對(duì)提升化工廠流量測(cè)試的正確率,提高化工生產(chǎn)安全和效率具有十分重要的意義。
1總體方案設(shè)計(jì)
當(dāng)合成氨的氨水在小直徑管道內(nèi)流動(dòng)時(shí),由于水質(zhì)等因素,會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)壁逐漸出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象,目前經(jīng)常采用的外置式電磁流量計(jì)的測(cè)量精度會(huì)受管道內(nèi)壁變化的影響,逐漸出現(xiàn)偏差,因此難以滿足長(zhǎng)期監(jiān)控情況下的監(jiān)測(cè)正確率和可靠性需求。因此本文提出了一種新的內(nèi)置式的電磁流量計(jì),其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示中。
該內(nèi)置式電磁流量計(jì)通過(guò)電纜和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連接、,流量計(jì)測(cè)速部分埋入管道內(nèi),當(dāng)合成氨的氨水通過(guò)該電磁流量計(jì)時(shí)流量計(jì)根據(jù)液體流量的不同，輸出不同的電磁信號(hào),流量計(jì)工作時(shí)所輸出的電磁測(cè)量信號(hào)最終由測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行集中處理后,計(jì)算出準(zhǔn)確的液體流量數(shù)據(jù),將其傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程的反饋調(diào)節(jié)四。
為了提高內(nèi)置式電磁流量計(jì)的測(cè)量精度和可靠性,在液體進(jìn)口位置需要設(shè)置防護(hù)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)對(duì)流人到流量計(jì)內(nèi)的液體的過(guò)濾,避免液體內(nèi)的雜質(zhì)堵塞流量計(jì)測(cè)量孔，而且也能降低雜質(zhì)對(duì)流量計(jì)感應(yīng)電極的磨損,提高測(cè)量結(jié)果的正確率。由于電磁流量計(jì)長(zhǎng)期在管道內(nèi)工作，環(huán)境較為惡劣且氨水具有--定的腐蝕性,因此流量計(jì)的外殼需要具有高防腐性8]，提高使用壽命和可靠性。
2傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于需要滿足在小管徑、低流量情況下測(cè)速正確率的需求,因此對(duì)傳感器的工作靈敏性要求極高。為了確保內(nèi)置式傳感器的應(yīng)用可靠性,本文提出了一種新的傳感器結(jié)構(gòu)田,其采用了雙發(fā)射磁極和雙測(cè)量電極結(jié)構(gòu),發(fā)射磁極和測(cè)量電極以兩相對(duì)稱的方式均勻分布在圓柱狀的傳感器簡(jiǎn)體內(nèi)。所用的測(cè)量電極和傳感器外殼絕緣，在磁極的線圈內(nèi)部設(shè)置有鐵芯,從而保證所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的穩(wěn)定性，提高測(cè)量時(shí)的精度。傳感器整體結(jié)構(gòu)截面如圖2所示同。
由于液體在低速流動(dòng)過(guò)程中的特性和流道管徑關(guān)系較為密切]回，因此為了適應(yīng)低流量、小管徑情況下測(cè)量正確率的需求,本文利用流體動(dòng)力學(xué)對(duì)不同管徑不同流量情況下的流速-管徑匹配特性進(jìn)行了研究,揭示不同流速和管徑情況下的流量變化情況,為優(yōu)化管道結(jié)構(gòu)、提高監(jiān)測(cè)正確率奠定基礎(chǔ),不同情況下流量、流速的的對(duì)應(yīng)關(guān)系匯總?cè)绫?所示。
根據(jù)實(shí)際匹配驗(yàn)證,在不同管徑、不同流速情況下具有不同的最大通過(guò)流量,化工生產(chǎn)過(guò)程中氨水的流量范圍為0~20m/d,其流速在1.5m/s以內(nèi),綜合分析后，本文提出的電磁流量計(jì)的流道管徑設(shè)置為12mm,從而滿足不同情況下的使用可靠性需求。
3試驗(yàn)驗(yàn)證分析
為了對(duì)該新型電磁流量計(jì)的使用可靠性和測(cè)量正確率進(jìn)行分析，在密閉管道中裝人流量計(jì),對(duì)管道內(nèi)輸人不同的流量8],并記錄電磁流量計(jì)的反應(yīng)時(shí)間和輸出頻率,將所輸人流量值和該傳感器的流量測(cè)量值進(jìn)行擬合對(duì)比，繪制關(guān)聯(lián)曲線如圖3所示。
由圖3可知,隨著輸人流量的增加，所輸出的頻.率持續(xù)增加,而且流量-頻率呈線性正相關(guān)，其線性系數(shù)高達(dá)0.999,表明該儀器設(shè)備具有線性響應(yīng)曲線，在該流量計(jì)的測(cè)量范圍內(nèi)，其測(cè)量誤差為0.6%,比優(yōu)化前的1.4%提升了57.1%。從管路內(nèi)給出流量增加信號(hào)，到系統(tǒng)發(fā)出流量監(jiān)測(cè)結(jié)果,時(shí)間差約為0.01s,比傳統(tǒng)流量計(jì)0.12s的反應(yīng)時(shí)間縮短了91.7%,極大地提升了電磁流量計(jì)的反應(yīng)靈敏性和可靠性,為進(jìn)一步提升化工生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)安全性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
4結(jié)論
為了解決目前電磁流量計(jì)測(cè)量精度偏差大、靈敏度低的不足,提出了一種新的電磁流量計(jì)。對(duì)該電磁流量計(jì)的工作原理、、結(jié)構(gòu)特性等進(jìn)行了分析,根據(jù)分析結(jié)果表明:
1)內(nèi)置式的電磁流量計(jì)設(shè)置有過(guò)濾裝置等,能夠比傳統(tǒng)的外置式傳感器具有更高的測(cè)量精度和使用可靠性;
2)新的傳感器采用了雙發(fā)射磁極和雙測(cè)量電極結(jié)構(gòu),能夠保證所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的穩(wěn)定性,提高測(cè)量時(shí)的精度;
3)電磁流量計(jì)需根據(jù)所使用環(huán)境的流量、流速的不同有針對(duì)性地設(shè)計(jì)流道直徑,從而提高監(jiān)測(cè)精度和可靠性;
4)新的電磁流量計(jì)在滿量程情況下的測(cè)量誤差在0.7%以內(nèi)，比優(yōu)化前提升了57.1%,反應(yīng)靈敏度比優(yōu)化前提升了91.7%,極大地提升了流量監(jiān)測(cè)正確率。
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