專利名稱：一種大口徑電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)的方法
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Im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。第一種校準(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)磁線圈的圈數(shù)無法精確測(cè)量，這使得在線校準(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，不能精準(zhǔn)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)中存在的上述問題，提供一種大口徑電磁流量計(jì)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(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最敏感的點(diǎn)，并將壓力測(cè)試裝置安裝在敏感位置，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， 最后可得出這段時(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 = ^·，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υ流速，d為管道的直徑，U為運(yùn)動(dòng)粘度。在測(cè)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(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ANSYS軟件建模仿真后得出管壁受流速變化壓力最敏感的點(diǎn)，并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過不斷地修正和驗(yàn)證最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LABVIEW編寫的上位機(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，最后將電磁流量計(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)的在線校準(zhǔn)提供了可靠的理論依據(jù)。所述LABVIEW(Laboratory Virtual Instrument 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(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。


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)說明如下
1、2表示圓柱形管道的管壁受力對(duì)稱點(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 = ^·，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υ流速，d為管道的直徑，U為運(yùn)動(dòng)粘度。在測(cè)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(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ANSYS軟件建模仿真后得出管壁受流速變化壓力最敏感的點(diǎn)，并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過不斷地修正和驗(yàn)證最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LABVIEW編寫的上位機(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，最后將電磁流量計(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)的在線校準(zhǔn)提供了可靠的理論依據(jù)。所述LABVIEW(Laboratory Virtual Instrument 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(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(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，最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。
權(quán)利要求
1. 一種大口徑電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)的方法，其特征在于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；Vd步驟二 依據(jù)公式Re = —，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，dυ為管道的直徑，υ為運(yùn)動(dòng)粘度；在測(cè)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(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；所述流體的流動(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，則為紊流流態(tài)，表示流體質(zhì)點(diǎn)作雜亂無章的摻混運(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ANSYS軟件建模仿真后得出管壁受流速變化壓力最敏感的點(diǎn)，并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過不斷地修正和驗(yàn)證最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)稱點(diǎn)的位置；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LABVIEW編寫的上位機(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，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，最后將電磁流量計(jì)至壓力測(cè)試裝置之間的液體容積與時(shí)間相比即得出流體的平均流速，從而為大口徑電磁流量計(jì)的在線校準(zhǔn)提供了可靠的理論依據(jù)。
全文摘要
一種大口徑電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)的方法，它有五大步驟步驟一、測(cè)量管道的幾何參數(shù)；步驟二、分析管道內(nèi)液體的流動(dòng)形態(tài)；步驟三、通過數(shù)學(xué)建模分析敏感點(diǎn)位置步驟四、安放壓力、溫度測(cè)試裝置，開始數(shù)據(jù)采集；步驟五、數(shù)據(jù)處理得出流體的平均流速。本發(fā)明基于在不改動(dòng)現(xiàn)有管道的情況下，提供了新的一種大口徑電磁流量計(jì)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，為大口徑電磁流量計(jì)的在線校準(zhǔn)提供了可靠的理論依據(jù)。它在流量測(cè)量?jī)x表技術(shù)領(lǐng)域里具有實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01F25/00GK102519556SQ20111039665
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者趙曉東, 錢政, 陳妮亞 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)