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1、第 期炼油化工 自动化葬 镇助派浅谈流量计的技术动向与开发曹王 剑株 洲冶 练 厂,提要 由 于流量计不仅能直接测量质最流 鼓 而且解决了过去一些难以 进行流量检测的问题如二非牛顿流 体等, 因此近年来 发展很快。 本文从国 内开 发角度出 发, 简述了力流量计的现状、 问 题 如零漂安全性应用范 围等 及其解决 对策和技术动向 , 井指 出 开发过程中应注意的若干问题 如管形管材振、幅等 希望 有益于国 内产品 的开发 、应用 与发展。关键词 !力 质最流量计 振动管 技术动向 开 发前言长度和 时间是工业和 科学测量中流体流态与性质的影响质量、过去认 为流量计对流态及性 质使用 的三个鹅
2、准量 , 流体流量测量的最终结不敏 感,而振动的固有频率仅与振动管形状 、果是要得到 质趁由于污流量计不仅能材质 加载位置及制造精度有关 这是不确切。、,直接测垦质 址流量 , 而且 解决了过去一些 难的。其实两相流是引起测量误差的一个重要以进行流量检测的问 题如 非牛顿流体等, 因原因 ,但由于 流态及流体性质的影响机理 很此近 年来 发展速度很快 , 形形色色的复杂 ,并且与流量计 结构有关 , 因此 今后 将可产品 也应运 而 生,在我 国 的销 售量也逐年能 建立起有关数学模型 , 借助 计算机 对结构一部分仪友厂 制订了发展规划有些研究机和流态流体性质进行计算分析并借助校验,、,仁构
3、研制了小 径双 形管式流量计技术等以便掌握 验证其误差特性一了。、。但由于 该产品研制技术难度大 , 所以开发时零 点漂移问题应 以国外 产品 的发 展 应用中吸取经验 , 要虽然零点调整可在现场进行按钮回零甚与掌握目前的 问题与 今后的技 术动向 , 对 于应至零点校正,但由于管线应力、 振动影响以及用深 入过程中暴露出的 不足应引起重视并 设介质物性参数变化均可导致零漂 , 而目前的法解决,才能有利于其开发 、 应 用与发展 。相位差测量采用脉宽积分求差法误差相对较存在的问题及技术动向大 ,因此要考虑 电子技术发展而用数字量测流量计发展速度虽在稳步增长但星几十毫微秒的相位差并采用数字带通滤
4、波并非十分完善 , 国外一些主 要研究机构仍在器,如采用锁相放大器处理模拟减法鉴相信对其特性与应 用等问 题开 展 工作 , 如 英国号是一种有效提取流量信号的方法 。不过开之当前目标与任务是对于 已 商品 化发出零漂小或针对某影响量有补偿功能的新的流量计 , 进行含气体的各种流体 的性能评型流量计也很有必要。价试验评价温度配管构成配管扭 曲振温度 的影响、动空穴 作用等对流量计的影 响校正基准温度变化会引起材料的弹性模量和几何器和校正技 术的开发采用 计算机模拟来尺 寸变化,从而影响振动频率 , 振动管材质不解析流量计的动作。本文拟从 以几方面来谈。收稿 日期炼油化 工 自动化年同影 响程度
5、也不同。 所以 今后 将对振动频率计算公式 进行 温度 自动修正研究 , 同时还 将逐步解 决一 些其它复杂 影 响如温度 影 响密度、 振动衰减、 零漂等 。压力 损失 问题流量计 的压损 比常 用容积式、 差压式流量计大 , 测量高粘度液体时将更突出。决定压 损的主要 有管形 , 流路长短 以及流 体粘度 、 流速等, 随着技术水平的提 高如高级信号处理方法 参数频率估计法较有前途 的应用 。 今后 , 单、 直管结构且 其内径 与接管内径一致的产品将在若干年内出现。扩大应 用领域目前这种流量计在测量含大量气泡的液体时误差 较大, 测量 粘度过 高的流 体 则压 损大 , 测气体时则 存在
6、着要使振动相位差大则压损增大、 耐压强度要求更高的矛盾。 因此要扩大应用领域 , 不论是从理论 上还是 实践上 , 不论是在产品研制开发中还是应用中都有大量工作要做。 在油水两组分介质测量 中,公 司的技术思 想值 得借鉴 它们采用介质分密度设 定、 设置 , 求解一组分 体积 分量的方法即满足了工业测量的精确度要求 , 而不拘泥 于一些 难以解 决的理论问题 如相间滑移、 流型问题等 。安 全性通 常 , 振动管 的强度对 于 其内部 压 力是有一定 安全系数的 , 但是由 于流体的腐蚀 和固有振 动所造 成 的金 属 疲劳 等 , 有时可能会导致管子在短时间内破裂。 为此 今后 加强金属学
7、的研究 , 采用 新材料和 计算机的应用 如、 使管子应力降低也是 主攻方向之一 。 尤 其是直 管 型结构 , 为不 使谐振 频率过高 , 其管壁较薄, 因此其耐磨、 耐腐性较差 。 对此 , 公司采取的办 法是在两根测管外包一层 保护管 , 在吸收轴向力 和 径 向力的同时作为安全容器用。本安 型设计由于 振动管 材质工作范围宽 , 弹性 模量较大而 振动 管一般是进出 口 固定的超 静室 结构 ,因此驱振电流大 , 给本安 型设计 出了 一道难题。目前,等均有防爆产 品,但。公司采用多路驱振 , 减小每个驱振器功率也是 可取 的。此外, 仪表的转换处理将进一步智能化,以 提高检测 质量
8、, 驱 动系统及 信号检测系统还 将朝 固态化方 向发展 , 以克 服结构上的不对称性和 提高信号 检测 质量 , 国际上还有很多部门还在进行 流量计的标准化工作。开发中应注意的问题把 这 一原理 作为工业 流量 计 实现的关键是 测量管采用什么 样的形状 和材质 , 开 发出什么样的检测方法, 而开 发工 作的中心是求得管子 的最 佳几何形状 并了解管形对流量计性能 的影响 。 因此 , 开发时除应注意上述问题及技 术动 向外 , 还应注意 以下几点浏 蚤管形 状管 形是一个多因素且各因 素相互牵制的问题 , 目前已 开发应用的 管形如图 所示 , 种类繁多但都不尽完美 。 从结构简单 ,
9、尺寸小和不积 存气体, 易清洗 看, 最 佳的是直管 , 从压损小, 信噪 比高, 使 用工作压 力高看 , 则首推双 形结构 从抗外部振动和提高振动系值看, 双 管型 比单管式要 好, 但管端分配 器难做到完全一致的分流 , 目前较 理 想的是双形和双平行直管结 构 , 从发 展方向看, 则将单、 短、 直、 低阻力管结构。振动 管材质在尽量选 择小弹性模量 的同时 , 要 考虑结构 、 抗冲蚀 、 腐蚀能力 , 清洗方 式、 强度 、 工作 温度 等 方面的 因素。 目前常 用的有, 哈氏 合金 , 更 好一 点的是钦 错 , 为了提高相 位差并为低 密度气体测量提供可能性 , 还有必要应
10、用或开发一些新材料 。应力 问题测量管在受振动时会产生 一 定的交变应力 , 因此结构设 计时 , 应力 扭曲 、 弯曲 、 热应力 应在管子四 周方向上均匀分布 应力的大小应在 使用材 料具 有耐力的以第 期炼油化工自动化下,才能保证长期稳定测量。,流量计抗振问题突出且应结合各自的管形防振 , 如公司提高激振频率以远 离谐振频率,、公司采用一根连续管构成的双重环形管被 固定在中央坚固的桥上,以隔断外部振动 。不,今习为了使传感器受湿 度 等影响 应采用叠全密封外壳 并封入 惰性 气体 ,以保 证长 期稳夕臂定性 和 降低维护费用。零漂问题主要 来源于传 感器且 难以避免 , 因此在零漂不大时
11、 , 改进转换器性能来减小 零漂或自校正零点还是必要的。动标定 问题规定这种流量计的标定装置 推荐采用 称重法 ,其准确度应比流量 计精确度高至少 倍。因此“ 建标 ” 时有必要采用目前 已 可提供的或精确度的称重系统组成准确度优于士的装置、质量流量计的浏 重管 形 状还是可行的。图式,开发时还应注意 相位检测方法的此外浏量管 的振 幅限制,开发 微机技术的应用 密度测量以及应用 问尽管管子工作在微振幅、 低频振动状态,题如安装姿态和两台流量计相互 干扰等 问但由于超过允许值的振幅会产生过度的应力,题 要完善理论研究及其应用技术基础 要有而 缩短 使用寿命, 因此 为避免由于 管道切换先进的工
12、业基础为其开发提供 第一流的材或管内不均一状态所造成的异常振动影 响,、料 元件和制造工艺 在引进消化中要注意关应设计机械式的限幅机构。、,键工艺 技术与部件的引进 要根据国内发展清洗 问题、实况和 需求在生产 配套 推广应用等方面统要使测 量管易清洗应做到以 下三点。筹规划。当然如何寻求一条简单而又 可靠的,测量管结构简单 易于制作 流路通畅材、。技术途径 降低成本也是值得考虑的课题质允许温度范围广接液部分材 质适应 性参考文献,、。广 可直接用酸 碱 蒸 汽等清洗佐岛聪 夫习 , 才 式质量流量 封、内技 术动向 己于 刃激振频率问题进定求了夕卜计装,要加强振动管频率与其几何尺 寸等关系外行康 郎等 ,导入实杭 力,乌再 赴 口 ,才 式流量 舒刃迪的研究 ,以提供其几何 尺寸优化设计的依据 。用视点己问题对策。舒装,李传经等正确 评价科里奥利质量流量计 , 流量测量技较高的激振频率有两个好处 一是使流体密术与仪表论文集,度变化对振动频率的影响小 , 二是可减小配戴发 元 科氏力 流量 计存在的 间题及 解决途径初探 中管振动对信号的干扰。国仪器仪表学会质量、品种 、 效益论文集 ,郑怕庆译,一质量流量计 国外自动化仪表,杭振动问 题