非满管电磁流量计的研究与设计

非满管电磁流量计的研究与设计

在许多过程控制相关的领域中,针对流量、流速及液位的测量是必不可少的环节。传统流量计在非满管和多相流情况下,测量误差较大,甚至无法使用。随着现代生产智能化、信息化的发展要求,尤其在石油、化工、污水处理等行业,非满管和多相流的测量需求普遍存在,近年来相关研究逐渐成为流量计领域的热点问题。

本论文基于电容层析成像技术,针对流量实时测量的需求进行简化和改进,提出了一种新型的电容式非满管电磁流量计,该流量计可以对绝缘管道内流体液位进行实时高精度测量,并结合电磁流量计所测流速信息,得到非满管状态下的流量值。

首先,针对所提出的新型流量计的传感系统进行设计,包括流速传感器设计和液位传感器设计。根据电容层析成像技术进行改进,在绝缘管道外壁和管道屏蔽罩之间均匀铺设6个参数相同的电容极板,构成3组不同对称结构的液位测量电容传感器;为实现对微小电容的测量,对比分析不同的测量方法,搭建了基于PCap01集成芯片的数据采集和信号处理系统。

其次,由于电容极板的特殊对称结构,在研究两电容极板间容值和流体液位之间的数学关系基础上,建立液位测量传感系统的数学模型,并对所建立的模型进行数学仿真,得到了随着液位变化3组电容变化趋势和规律。随后,进行非满管电磁流量计测量系统的软硬件设计,包括微小电容数据采集系统、流速测量系统等,完成了新型电容式非满管电磁流量计系统样机。

***后,采用上述样机进行实验测试,得到了各种不同液位下3组传感器的电容-液位关系曲线,并与理论仿真结果进行对比,结果表明理论计算结果与实测结果在趋势和规律上基本一致,从而证明本文提出的新型电容式非满管测量方法以及研制的测量系统的可行性,同时,还具有测量范围宽、灵敏度高、误差小等优点,具有较强的工程实际意义。