非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的研究與設(shè)計(jì)

在許多過(guò)程控制相關(guān)的領(lǐng)域中,針對(duì)流量、流速及液位的測(cè)量是必不可少的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)流量計(jì)在非滿(mǎn)管和多相流情況下,測(cè)量誤差較大,甚至無(wú)法使用。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)智能化、信息化的發(fā)展要求,尤其在石油、化工、污水處理等行業(yè),非滿(mǎn)管和多相流的測(cè)量需求普遍存在,近年來(lái)相關(guān)研究逐漸成為流量計(jì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

本論文基于電容層析成像技術(shù),針對(duì)流量實(shí)時(shí)測(cè)量的需求進(jìn)行簡(jiǎn)化和改進(jìn),提出了一種新型的電容式非滿(mǎn)管電磁流量計(jì),該流量計(jì)可以對(duì)絕緣管道內(nèi)流體液位進(jìn)行實(shí)時(shí)高精度測(cè)量,并結(jié)合電磁流量計(jì)所測(cè)流速信息,得到非滿(mǎn)管狀態(tài)下的流量值。

首先,針對(duì)所提出的新型流量計(jì)的傳感系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),包括流速傳感器設(shè)計(jì)和液位傳感器設(shè)計(jì)。根據(jù)電容層析成像技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),在絕緣管道外壁和管道屏蔽罩之間均勻鋪設(shè)6個(gè)參數(shù)相同的電容極板,構(gòu)成3組不同對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的液位測(cè)量電容傳感器;為實(shí)現(xiàn)對(duì)微小電容的測(cè)量,對(duì)比分析不同的測(cè)量方法,搭建了基于PCap01集成芯片的數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理系統(tǒng)。

其次,由于電容極板的特殊對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),在研究?jī)呻娙輼O板間容值和流體液位之間的數(shù)學(xué)關(guān)系基礎(chǔ)上,建立液位測(cè)量傳感系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)所建立的模型進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真,得到了隨著液位變化3組電容變化趨勢(shì)和規(guī)律。隨后,進(jìn)行非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),包括微小電容數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、流速測(cè)量系統(tǒng)等,完成了新型電容式非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)系統(tǒng)樣機(jī)。

***后,采用上述樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,得到了各種不同液位下3組傳感器的電容-液位關(guān)系曲線(xiàn),并與理論仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果在趨勢(shì)和規(guī)律上基本一致,從而證明本文提出的新型電容式非滿(mǎn)管測(cè)量方法以及研制的測(cè)量系統(tǒng)的可行性,同時(shí),還具有測(cè)量范圍寬、靈敏度高、誤差小等優(yōu)點(diǎn),具有較強(qiáng)的工程實(shí)際意義。