技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大口徑電磁流量計(jì)在線(xiàn)校準(zhǔn)的方法,屬于流量測(cè)量?jī)x表電磁流量計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對(duì)于排水、污水處理行業(yè)中使用的的電磁流量計(jì),大口徑、高流速是其典型特點(diǎn),通常管道直徑都在1m以上,流速可達(dá)5000~6000噸/小時(shí)。因此,長(zhǎng)期運(yùn)行后所面臨的校準(zhǔn)問(wèn)題極其突出。

對(duì)于大口徑電磁流量計(jì)的校準(zhǔn)一般分為兩種:一種是實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定,即把大口徑電磁流量傳感器從管線(xiàn)上拆下來(lái)送到工廠標(biāo)準(zhǔn)裝置上去標(biāo)定;另一種是在線(xiàn)標(biāo)定。**種校準(zhǔn)方式不僅工作量大、費(fèi)用高,而且不能真實(shí)的反映電磁流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)的狀態(tài)。第二種校準(zhǔn)方式主要包括容積法、標(biāo)準(zhǔn)表法和電參數(shù)法。其中容積法要求提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容器,通過(guò)計(jì)量某段時(shí)間內(nèi)流入標(biāo)準(zhǔn)容器的流體體積或質(zhì)量,即可得出該段時(shí)間內(nèi)的流量均值。雖然這種方法校準(zhǔn)精度較高,但其要求排水和污水處理行業(yè)在校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)提供用于校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)容器,需對(duì)現(xiàn)有管道進(jìn)行改動(dòng),因此這種校準(zhǔn)方法具有一定的局限性。而標(biāo)準(zhǔn)表法通常是以超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表,采用比對(duì)的方式對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。這種校準(zhǔn)方式雖然不必對(duì)現(xiàn)有管道做任何改動(dòng),但目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的超聲波流量計(jì)精度一般都在0.5級(jí),而電磁流量計(jì)的精度范圍是0.2~0.5級(jí),因此采用標(biāo)準(zhǔn)表法校準(zhǔn)不能準(zhǔn)確的定位電磁流量計(jì)的精度。對(duì)于電參數(shù)法而言,主要是從電磁流量計(jì)的內(nèi)部著手,對(duì)直接影響電磁流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的傳感器勵(lì)磁線(xiàn)圈電阻和對(duì)地絕緣電阻、電極接液電阻偏差率、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度和零點(diǎn)漂移等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,將測(cè)量結(jié)果與出廠值進(jìn)行比較,但該方法中涉及的有些參數(shù)無(wú)法檢測(cè),并且與流量計(jì)精度有直接關(guān)系對(duì)應(yīng)關(guān)系的勵(lì)磁線(xiàn)圈的圈數(shù)無(wú)法精確測(cè)量,這使得在線(xiàn)校準(zhǔn)的精度低于電磁流量計(jì)自身的精度。

綜上所述,現(xiàn)有的校準(zhǔn)大口徑電磁流量計(jì)的方法存在如下問(wèn)題：

 (1)容積法要求校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)容積池,在沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)容器的情況下,需對(duì)現(xiàn)有管道進(jìn)行改動(dòng),耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力。

 (2)標(biāo)準(zhǔn)表法中使用的超聲波流量計(jì)精度低于電磁流量計(jì)的精度,不能**的起到校準(zhǔn)效果。

 (3)電參數(shù)法中涉及的電磁流量計(jì)部分參數(shù)無(wú)法測(cè)量或測(cè)量不精確,直接影響電磁流量計(jì)的校準(zhǔn)精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題,提供一種大口徑電磁流量計(jì)在線(xiàn)校準(zhǔn)的方法,該方法構(gòu)思新穎,操作方便,校準(zhǔn)精確。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案:基于在不改動(dòng)污水處理廠現(xiàn)有管道的情況下提高電磁流量計(jì)在線(xiàn)校準(zhǔn)精度的考慮,提供了一種新的校準(zhǔn)方法,即壓力測(cè)試法。首先分析并測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)管段的幾何尺寸及管道內(nèi)液體的流態(tài)等參數(shù),然后結(jié)合這些參數(shù)及數(shù)學(xué)模型計(jì)算出管道出口處管壁壓力受流速變化zui敏感的點(diǎn),并將壓力測(cè)試裝置安裝在感位置,進(jìn)而分析壓力變化和電磁流量計(jì)讀數(shù)變化間的關(guān)系,從而計(jì)量出流體從電磁流量計(jì)處到明口端的時(shí)間,zui后可得出這段時(shí)間內(nèi)的流體平均流速。

綜上所述,本發(fā)明一種大口徑電磁流量計(jì)在線(xiàn)校準(zhǔn)的方法,該方法具體步驟如下：

步驟一:采用高精度的測(cè)量方式分別測(cè)量管道的直徑、管壁的厚度及電磁流量計(jì)至管道出口的直管段長(zhǎng)度,并測(cè)量壓力測(cè)試裝置的長(zhǎng)度；

步驟二:依據(jù)公式:Re=Vd/v,可得出管道內(nèi)流體的流動(dòng)形態(tài),即雷諾數(shù)。其中:V為流速,d為管道的直徑,v為運(yùn)動(dòng)粘度。在測(cè)試過(guò)程中,由于溫度是影響流體粘性的主要因素,因此在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中增加了溫度的測(cè)試,以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)修正。所述流體流動(dòng)形態(tài)包括層流流態(tài)和紊流流態(tài),其流態(tài)判據(jù)為:雷諾數(shù)Re小于2000,則為層流流態(tài),表示流體質(zhì)點(diǎn)有條不紊的呈層狀運(yùn)動(dòng);Re大于2000,則為層流流態(tài),表示流體質(zhì)點(diǎn)作雜亂無(wú)章的摻混運(yùn)動(dòng);

步驟三:將步驟一和步驟二得出的參數(shù),作為輸入量通過(guò) ANSYS軟件建模仿真后得出管壁受流速變化壓力zui敏感的點(diǎn),并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,通過(guò)不斷地修正和驗(yàn)證zui終得出流速變化與敏感點(diǎn)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于圓柱形管道,其管壁的受力應(yīng)具有對(duì)稱(chēng)性,為便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和修正,確定壓力測(cè)試裝置在管壁內(nèi)敏感點(diǎn)及其對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的位置,如圖3中的1、2點(diǎn)所示。所述 ANSYS軟件,是一種融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件;步驟四:安放壓力、溫度測(cè)試裝置,當(dāng)其中一段流體經(jīng)過(guò)電磁流量計(jì)的同時(shí),電磁流量計(jì)給壓力測(cè)試裝置發(fā)一觸發(fā)信號(hào)使壓力測(cè)試裝置開(kāi)始采集數(shù)據(jù),當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后,電磁流量計(jì)給壓力測(cè)試裝置發(fā)結(jié)束采集信號(hào),表示已完成數(shù)據(jù)的采集,并同時(shí)作好溫度、時(shí)間及各個(gè)數(shù)據(jù)參數(shù)的記錄;

步驟五:將電磁流量計(jì)與壓力測(cè)試裝置所得的數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī),通過(guò) LABVIEW編寫(xiě)的上位機(jī)軟件將流量計(jì)采集的數(shù)據(jù)及溫度測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行分析,可得出流速與壓力變化之間的規(guī)律,進(jìn)而得出流體流經(jīng)電磁流量計(jì)至出口處壓力測(cè)試裝置處的時(shí)間,zui后將電磁流量計(jì)至壓力測(cè)試裝置之間的液體容積與時(shí)間相比即可得出流體的平均流速,從而為大口徑電磁流量計(jì)的在線(xiàn)校準(zhǔn)提供了可靠的理論依據(jù)。所述 LABVIEW( Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench)是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言,主要用于開(kāi)發(fā)測(cè)試、測(cè)量與控制系統(tǒng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:

1)壓力測(cè)試裝置的安裝不需改動(dòng)現(xiàn)有的管道,在通過(guò)軟件分析計(jì)算安裝位置的基礎(chǔ)上,直接將裝置安裝在管道出口的測(cè)試點(diǎn)即可,整體操作方便、快捷;

2)壓力測(cè)試法校準(zhǔn)中涉及的參數(shù)直接溯源到時(shí)間、長(zhǎng)度這些基本量,該方法比現(xiàn)有的校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)精度理論上更高。

附圖說(shuō)明

圖1為壓力測(cè)試法示意圖。

圖2為本發(fā)明的流程框圖。

圖3為管道出口對(duì)稱(chēng)點(diǎn)示意圖。

圖4為上位機(jī)軟件數(shù)據(jù)處理流程框圖。

圖3中符號(hào)說(shuō)明如下:

1、2表示圓柱形管道的管壁受力對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的位置。

具體實(shí)施方式

如圖1所示,圖中有一大口徑直管道,電磁流量計(jì)安裝在管道上,在出口處安放有壓力測(cè)試裝置,當(dāng)流體經(jīng)過(guò)電磁流量計(jì)后,電磁流量計(jì)給壓力測(cè)試裝置發(fā)觸發(fā)信號(hào),使壓力測(cè)試裝置開(kāi)始數(shù)據(jù)采集,由于不同流速的流體對(duì)管壁的壓力不同,因此可通過(guò)分析比較電磁流量計(jì)與壓力測(cè)試裝置二者之間的數(shù)值變化規(guī)律,得出流體從電磁流量計(jì)位置至明口端經(jīng)過(guò)的時(shí)間,而二者之間管道的容積是已知的,從而可得出該管段流體的平均流速。

如圖2所示,是本發(fā)明的流程框圖,對(duì)應(yīng)流程圖本發(fā)明方法的具體步驟為:

步驟一:采用高精度的測(cè)量方式分別測(cè)量管道的直徑、管壁的厚度及電磁流量計(jì)至管道出口的直管段長(zhǎng)度,并測(cè)量壓力測(cè)試裝置的長(zhǎng)度。所述高精度的測(cè)量方式,根據(jù)需要可以選用紅外、激光和超聲波的方式測(cè)量管道幾何參數(shù)；

步驟二:依據(jù)公式：Re=Vd/v,可得出管道內(nèi)流體的流動(dòng)形態(tài),即雷諸數(shù)其中:V為流速,d為管道的直徑,v為運(yùn)動(dòng)粘度。在測(cè)試過(guò)程中,由于溫度是影響流體粘性的主要因素,因此在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中增加了溫度的測(cè)試,以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)修正。所述流體流動(dòng)形態(tài)包括層流流態(tài)和紊流流態(tài),其流態(tài)判據(jù)為:雷諾數(shù)Re小于2000,則為層流流態(tài),表示流體質(zhì)點(diǎn)有條不紊的呈層狀運(yùn)動(dòng):Re大于2000,則為層流流態(tài),表示流體質(zhì)點(diǎn)作雜亂無(wú)章的摻混運(yùn)動(dòng);

步驟三:將步驟一和步驟二得出的參數(shù),作為輸入量通過(guò) ANSYS軟件建模仿真后得出管壁受流速變化壓力zui敏感的點(diǎn),并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,通過(guò)不斷地修正和驗(yàn)證zui終得出流速變化與敏感點(diǎn)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于圓柱形管道,其管壁的受力應(yīng)具有對(duì)稱(chēng)性,為便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和修正,可將壓力測(cè)試裝置分別放置在管壁內(nèi)敏感點(diǎn)及其對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的位置,如圖3中的1、2點(diǎn)所示。所述 ANSYS是一種 ANSYS軟件,它是一種融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件;

步驟四:安放壓力、溫度測(cè)試裝置,當(dāng)其中一段流體經(jīng)過(guò)電磁流量計(jì)的同時(shí),電磁流量計(jì)給壓力測(cè)試裝置發(fā)一觸發(fā)信號(hào)使壓力測(cè)試裝置開(kāi)始采集數(shù)據(jù),當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后,電磁流量計(jì)給壓力測(cè)試裝置發(fā)結(jié)束采集信號(hào),表示已完成數(shù)據(jù)的采集,并同時(shí)作好溫度、時(shí)間及各個(gè)數(shù)據(jù)參數(shù)的記錄;

步驟五:將電磁流量計(jì)與壓力測(cè)試裝置所得的數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī),通過(guò) LABVIEW編寫(xiě)的上位機(jī)軟件將流量計(jì)采集的數(shù)據(jù)及溫度測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行分析,可得出流速與壓力變化之間的規(guī)律,進(jìn)而得出流體流經(jīng)電磁流量計(jì)至出口處壓力測(cè)試裝置處的時(shí)間,zui后將電磁流量計(jì)至壓力測(cè)試裝置之間的液體容積與時(shí)間相比即可得出流體的平均流速,從而為大口徑電磁流量計(jì)的在線(xiàn)校準(zhǔn)提供了可靠的理論依據(jù)。所述 LABVIEW( Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench)是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言,主要用于開(kāi)發(fā)測(cè)試、測(cè)量與控制系統(tǒng)。

圖4所示為上位機(jī)軟件數(shù)據(jù)處理流程框圖,首先由 LABVIEW編寫(xiě)的數(shù)據(jù)處理軟件讀取電磁流量計(jì)采集的流量數(shù)據(jù),壓力測(cè)試裝置采集的壓力數(shù)據(jù)和溫度測(cè)試裝置采集的溫度值,并通過(guò) LABVIEW中的波形控件將數(shù)據(jù)顯示出來(lái),然后結(jié)合溫度值修正壓力數(shù)據(jù),同時(shí)將修正后的壓力數(shù)據(jù)重新以波形顯示,接著由流量值與修正后的壓力值之間的變化規(guī)律得出二者之間的時(shí)間差,zui后將安裝有電磁流量計(jì)與壓力測(cè)試裝置位置之間的容積與時(shí)間差相比較可獲得流體的平均流速。