非滿管電磁流量計的研究與設計

在許多過程控制相關的領域中,針對流量、流速及液位的測量是必不可少的環節。傳統流量計在非滿管和多相流情況下,測量誤差較大,甚至無法使用。隨著現代生產智能化、信息化的發展要求,尤其在石油、化工、污水處理等行業,非滿管和多相流的測量需求普遍存在,近年來相關研究逐漸成為流量計領域的熱點問題。

本論文基于電容層析成像技術,針對流量實時測量的需求進行簡化和改進,提出了一種新型的電容式非滿管電磁流量計,該流量計可以對絕緣管道內流體液位進行實時高精度測量,并結合電磁流量計所測流速信息,得到非滿管狀態下的流量值。

首先,針對所提出的新型流量計的傳感系統進行設計,包括流速傳感器設計和液位傳感器設計。根據電容層析成像技術進行改進,在絕緣管道外壁和管道屏蔽罩之間均勻鋪設6個參數相同的電容極板,構成3組不同對稱結構的液位測量電容傳感器;為實現對微小電容的測量,對比分析不同的測量方法,搭建了基于PCap01集成芯片的數據采集和信號處理系統。

其次,由于電容極板的特殊對稱結構,在研究兩電容極板間容值和流體液位之間的數學關系基礎上,建立液位測量傳感系統的數學模型,并對所建立的模型進行數學仿真,得到了隨著液位變化3組電容變化趨勢和規律。隨后,進行非滿管電磁流量計測量系統的軟硬件設計,包括微小電容數據采集系統、流速測量系統等,完成了新型電容式非滿管電磁流量計系統樣機。

***后,采用上述樣機進行實驗測試,得到了各種不同液位下3組傳感器的電容-液位關系曲線,并與理論仿真結果進行對比,結果表明理論計算結果與實測結果在趨勢和規律上基本一致,從而證明本文提出的新型電容式非滿管測量方法以及研制的測量系統的可行性,同時,還具有測量范圍寬、靈敏度高、誤差小等優點,具有較強的工程實際意義。