技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大口徑電磁流量計在線校準(zhǔn)的方法,屬于流量測量儀表電磁流量計技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

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

對于大口徑電磁流量計的校準(zhǔn)一般分為兩種:一種是實驗室標(biāo)定,即把大口徑電磁流量傳感器從管線上拆下來送到工廠標(biāo)準(zhǔn)裝置上去標(biāo)定;另一種是在線標(biāo)定。**種校準(zhǔn)方式不僅工作量大、費用高,而且不能真實的反映電磁流量計在現(xiàn)場工作時的狀態(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標(biāo)準(zhǔn)容器,通過計量某段時間內(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)場提供用于校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)容器,需對現(xiàn)有管道進行改動,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作為標(biāo)準(zhǔn)表,采用比對的方式對電磁流量計進行校準(zhǔn)。這種校準(zhǔn)方式雖然不必對現(xiàn)有管道做任何改動,但目前國內(nèi)外生產(chǎn)的超聲波流量計精度一般都在0.5級,而電磁流量計的精度范圍是0.2~0.5級,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的精度。對于電參數(shù)法而言,主要是從電磁流量計的內(nèi)部著手,對直接影響電磁流量計測量準(zhǔn)確度的傳感器勵磁線圈電阻和對地絕緣電阻、電極接液電阻偏差率、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度和零點漂移等參數(shù)進行測量,將測量結(jié)果與出廠值進行比較,但該方法中涉及的有些參數(shù)無法檢測,并且與流量計精度有直接關(guān)系對應(yīng)關(guān)系的勵磁線圈的圈數(shù)無法精確測量,這使得在線校準(zhǔn)的精度低于電磁流量計自身的精度。

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

 (1)容積法要求校準(zhǔn)現(xiàn)場提供標(biāo)準(zhǔn)容積池,在沒有標(biāo)準(zhǔn)容器的情況下,需對現(xiàn)有管道進行改動,耗費大量的人力、財力。

 (2)標(biāo)準(zhǔn)表法中使用的超聲波流量計精度低于電磁流量計的精度,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部分參數(shù)無法測量或測量不精確,直接影響電磁流量計的校準(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)中存在的上述問題,提供一種大口徑電磁流量計在線校準(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:基于在不改動污水處理廠現(xiàn)有管道的情況下提高電磁流量計在線校準(zhǔn)精度的考慮,提供了一種新的校準(zhǔn)方法,即壓力測試法。首先分析并測量現(xiàn)場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)模型計算出管道出口處管壁壓力受流速變化zui敏感的點,并將壓力測試裝置安裝在感位置,進而分析壓力變化和電磁流量計讀數(shù)變化間的關(guān)系,從而計量出流體從電磁流量計處到明口端的時間,zui后可得出這段時間內(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在線校準(zhǔn)的方法,該方法具體步驟如下：

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

步驟二:依據(jù)公式:Re=Vd/v,可得出管道內(nèi)流體的流動形態(tài),即雷諾數(shù)。其中:V為流速,d為管道的直徑,v為運動粘度。在測試過程中,由于溫度是影響流體粘性的主要因素,因此在現(xiàn)場環(huán)境中增加了溫度的測試,以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)修正。所述流體流動形態(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)點有條不紊的呈層狀運動;Re大于2000,則為層流流態(tài),表示流體質(zhì)點作雜亂無章的摻混運動;

步驟三:將步驟一和步驟二得出的參數(shù),作為輸入量通過 ANSYS軟件建模仿真后得出管壁受流速變化壓力zui敏感的點,并在實驗室環(huán)境下通過實際實驗驗證,通過不斷地修正和驗證zui終得出流速變化與敏感點位置的對應(yīng)關(guān)系。對于圓柱形管道,其管壁的受力應(yīng)具有對稱性,為便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和修正,確定壓力測試裝置在管壁內(nèi)敏感點及其對稱點的位置,如圖3中的1、2點所示。所述 ANSYS軟件,是一種融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件;步驟四:安放壓力、溫度測試裝置,當(dāng)其中一段流體經(jīng)過電磁流量計的同時,電磁流量計給壓力測試裝置發(fā)一觸發(fā)信號使壓力測試裝置開始采集數(shù)據(jù),當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后,電磁流量計給壓力測試裝置發(fā)結(jié)束采集信號,表示已完成數(shù)據(jù)的采集,并同時作好溫度、時間及各個數(shù)據(jù)參數(shù)的記錄;

步驟五:將電磁流量計與壓力測試裝置所得的數(shù)據(jù)傳至計算機,通過 LABVIEW編寫的上位機軟件將流量計采集的數(shù)據(jù)及溫度測試的數(shù)據(jù)結(jié)合進行分析,可得出流速與壓力變化之間的規(guī)律,進而得出流體流經(jīng)電磁流量計至出口處壓力測試裝置處的時間,zui后將電磁流量計至壓力測試裝置之間的液體容積與時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的在線校準(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言,主要用于開發(fā)測試、測量與控制系統(tǒng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:

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

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

附圖說明

圖1為壓力測試法示意圖。

圖2為本發(fā)明的流程框圖。

圖3為管道出口對稱點示意圖。

圖4為上位機軟件數(shù)據(jù)處理流程框圖。

圖3中符號說明如下:

1、2表示圓柱形管道的管壁受力對稱點的位置。

具體實施方式

如圖1所示,圖中有一大口徑直管道,電磁流量計安裝在管道上,在出口處安放有壓力測試裝置,當(dāng)流體經(jīng)過電磁流量計后,電磁流量計給壓力測試裝置發(fā)觸發(fā)信號,使壓力測試裝置開始數(shù)據(jù)采集,由于不同流速的流體對管壁的壓力不同,因此可通過分析比較電磁流量計與壓力測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位置至明口端經(jīng)過的時間,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:采用高精度的測量方式分別測量管道的直徑、管壁的厚度及電磁流量計至管道出口的直管段長度,并測量壓力測試裝置的長度。所述高精度的測量方式,根據(jù)需要可以選用紅外、激光和超聲波的方式測量管道幾何參數(shù)；

步驟二:依據(jù)公式：Re=Vd/v,可得出管道內(nèi)流體的流動形態(tài),即雷諸數(shù)其中:V為流速,d為管道的直徑,v為運動粘度。在測試過程中,由于溫度是影響流體粘性的主要因素,因此在現(xiàn)場環(huán)境中增加了溫度的測試,以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)修正。所述流體流動形態(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)點有條不紊的呈層狀運動:Re大于2000,則為層流流態(tài),表示流體質(zhì)點作雜亂無章的摻混運動;

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

步驟四:安放壓力、溫度測試裝置,當(dāng)其中一段流體經(jīng)過電磁流量計的同時,電磁流量計給壓力測試裝置發(fā)一觸發(fā)信號使壓力測試裝置開始采集數(shù)據(jù),當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后,電磁流量計給壓力測試裝置發(fā)結(jié)束采集信號,表示已完成數(shù)據(jù)的采集,并同時作好溫度、時間及各個數(shù)據(jù)參數(shù)的記錄;

步驟五:將電磁流量計與壓力測試裝置所得的數(shù)據(jù)傳至計算機,通過 LABVIEW編寫的上位機軟件將流量計采集的數(shù)據(jù)及溫度測試的數(shù)據(jù)結(jié)合進行分析,可得出流速與壓力變化之間的規(guī)律,進而得出流體流經(jīng)電磁流量計至出口處壓力測試裝置處的時間,zui后將電磁流量計至壓力測試裝置之間的液體容積與時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的在線校準(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言,主要用于開發(fā)測試、測量與控制系統(tǒng)。

圖4所示為上位機軟件數(shù)據(jù)處理流程框圖,首先由 LABVIEW編寫的數(shù)據(jù)處理軟件讀取電磁流量計采集的流量數(shù)據(jù),壓力測試裝置采集的壓力數(shù)據(jù)和溫度測試裝置采集的溫度值,并通過 LABVIEW中的波形控件將數(shù)據(jù)顯示出來,然后結(jié)合溫度值修正壓力數(shù)據(jù),同時將修正后的壓力數(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間差,zui后將安裝有電磁流量計與壓力測試裝置位置之間的容積與時間差相比較可獲得流體的平均流速。