摘要:針對目前電磁流量計測量精度偏差大、靈敏度不高的缺陷,提出了一種新的基于電磁感應原理的電磁流量計。分析了該電磁流量計的工作原理、結(jié)構(gòu)特性等,對不同流速情況下所對應的最佳流道管徑進行了研究。結(jié)果表明，優(yōu)化后電磁流量計在滿量程情況下的測量誤差在0.7%以內(nèi),比優(yōu)化前提升了57.1%;反應靈敏度比優(yōu)化前提升了91.7%。
引言
電磁流量計是一種廣泛應用在流體測量中的計量設備,在化學工業(yè)中廣泛應用于合成氨的氨水流量測量等,其測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)濟性,一旦其精度不足或者靈敏性過低，將直接導致化工生產(chǎn)的異常。目前多數(shù)電磁流量計為正確級別為1級的一對電極控制模式,主要適用于大管徑、高流速情況下的流量測試，無法滿足小管徑、慢流速、精度高、快反應的監(jiān)測需求，極大地限制了化工生產(chǎn)效率和精度的進一步提升。
為提高電磁流量計在小管徑、低流速模式下的工作正確率和反應靈敏性，提出一種新的內(nèi)流式的電磁流量計,對該流量計的工作原理、結(jié)構(gòu)特點等進行了分析,特別是對不同流速下的最佳流道管徑匹配情況進行研究,從而確定流道結(jié)構(gòu)。根據(jù)實際測試表明，新的電磁流量計在滿量程情況下的測量誤差在0.7%以內(nèi),比優(yōu)化前提升了57.1%,反應靈敏度比優(yōu)化前提升了91.7%，對提升化工廠流量測試的正確率,提高化工生產(chǎn)安全和效率具有十分重要的意義。
1總體方案設計
當合成氨的氨水在小直徑管道內(nèi)流動時,由于水質(zhì)等因素,會導致管道內(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的測量精度會受管道內(nèi)壁變化的影響,逐漸出現(xiàn)偏差,因此難以滿足長期監(jiān)控情況下的監(jiān)測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,其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示中。
該內(nèi)置式電磁流量計通過電纜和監(jiān)測系統(tǒng)相連接、,流量計測速部分埋入管道內(nèi),當合成氨的氨水通過該電磁流量計時流量計根據(jù)液體流量的不同，輸出不同的電磁信號,流量計工作時所輸出的電磁測量信號最終由測量系統(tǒng)進行集中處理后,計算出準確的液體流量數(shù)據(jù),將其傳輸?shù)奖O(jiān)測控制中心，實現(xiàn)對整個化工生產(chǎn)過程的反饋調(diào)節(jié)四。
為了提高內(nèi)置式電磁流量計的測量精度和可靠性,在液體進口位置需要設置防護網(wǎng),實現(xiàn)對流人到流量計內(nèi)的液體的過濾,避免液體內(nèi)的雜質(zhì)堵塞流量計測量孔，而且也能降低雜質(zhì)對流量計感應電極的磨損,提高測量結(jié)果的正確率。由于電磁流量計長期在管道內(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)設計
由于需要滿足在小管徑、低流量情況下測速正確率的需求,因此對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)射磁極和雙測量電極結(jié)構(gòu),發(fā)射磁極和測量電極以兩相對稱的方式均勻分布在圓柱狀的傳感器簡體內(nèi)。所用的測量電極和傳感器外殼絕緣，在磁極的線圈內(nèi)部設置有鐵芯,從而保證所產(chǎn)生的交變磁場的穩(wěn)定性，提高測量時的精度。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過程中的特性和流道管徑關(guān)系較為密切]回，因此為了適應低流量、小管徑情況下測量正確率的需求,本文利用流體動力學對不同管徑不同流量情況下的流速-管徑匹配特性進行了研究,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)測正確率奠定基礎,不同情況下流量、流速的的對應關(guān)系匯總?cè)绫?所示。
根據(jù)實際匹配驗證,在不同管徑、不同流速情況下具有不同的最大通過流量,化工生產(chǎn)過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的流道管徑設置為12mm,從而滿足不同情況下的使用可靠性需求。
3試驗驗證分析
為了對該新型電磁流量計的使用可靠性和測量正確率進行分析，在密閉管道中裝人流量計,對管道內(nèi)輸人不同的流量8],并記錄電磁流量計的反應時間和輸出頻率,將所輸人流量值和該傳感器的流量測量值進行擬合對比，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0.999,表明該儀器設備具有線性響應曲線，在該流量計的測量范圍內(nèi)，其測量誤差為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，到系統(tǒng)發(fā)出流量監(jiān)測結(jié)果,時間差約為0.01s,比傳統(tǒng)流量計0.12s的反應時間縮短了91.7%,極大地提升了電磁流量計的反應靈敏性和可靠性,為進一步提升化工生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)安全性奠定了堅實的基礎。
4結(jié)論
為了解決目前電磁流量計測量精度偏差大、靈敏度低的不足,提出了一種新的電磁流量計。對該電磁流量計的工作原理、、結(jié)構(gòu)特性等進行了分析,根據(jù)分析結(jié)果表明:
1)內(nèi)置式的電磁流量計設置有過濾裝置等,能夠比傳統(tǒng)的外置式傳感器具有更高的測量精度和使用可靠性;
2)新的傳感器采用了雙發(fā)射磁極和雙測量電極結(jié)構(gòu),能夠保證所產(chǎn)生的交變磁場的穩(wěn)定性,提高測量時的精度;
3)電磁流量計需根據(jù)所使用環(huán)境的流量、流速的不同有針對性地設計流道直徑,從而提高監(jiān)測精度和可靠性;
4)新的電磁流量計在滿量程情況下的測量誤差在0.7%以內(nèi)，比優(yōu)化前提升了57.1%,反應靈敏度比優(yōu)化前提升了91.7%,極大地提升了流量監(jiān)測正確率。
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