电磁流量计测量气泡噪声的解决办法

 

     1 冷却水丈量的一个毛病特例

 

     某钢铁公司的炼钢厂连铸冷却水丈量中呈现了如图1所示的毛病流量曲线。流量毛病改动呈脉冲规则，脉冲的起伏约为120m3/h，毛病脉冲宽度大约为10～12s，周期不定。这种毛病构成了体系的误报警，致使工厂出产进程中的严峻事故。尽管电磁流量计具有必定的智能化毛病判别功用，但因为毛病是不定期发作的，很难捕捉到检查毛病发作时流量计所反映的流体物化参数和噪声搅扰的信息，因而很难依照电磁流量计的常规办法去判别呈现流量显现输出为零的也许性，很难断定这种毛病的缘由。 传感器装置示意图如图2所示。

 

上游是DN80管道经90°弯头后，由渐扩管再扩展至DN150管道进入电磁流量计传感器。流量计上游的直管段长度缺乏5D，核算得到从DN80～DN150的扩展锥角β大约为40°。从现场装置状况剖析，开始以为毛病也许是由气泡擦过电极构成时刻短时刻的感应信号为零所造成的。也即是说，这是一种气穴表象[2]。所以，咱们称这种毛病为“气泡噪声”（bubblenoise）。那么气泡又是怎么发作的，为何有时候模仿型转换器看不到这种毛病。

 

2 气泡噪声发作缘由的剖析

 

     从装置状况看，本例的装置状况与电磁流量计的装置请求不符。流量计上游的弯头、扩展管，以及刺进热电偶，距电极的直管段缺乏5D。这些都是简单在电极邻近发作旋涡和不对称流速分布以及别离液体中气体构成气泡的缘由。上游由小口径（DN80）以高流速（6m/s以上的均匀流速），约40°的入射角流向DN150管道[3]。 这种沿着管壁非顺滑的流体活动，流体的流束首先是缩短呈射流方式活动，然后再逐步将流束分散为轴对称的充分发展流。射流进程会构成扩展管内入口处周围的负压区域，于是在电极前要发作大量的旋涡。这么，破坏了电磁流量计丈量请求即流速基地轴对称的基本条件。更严峻的是因为在电极前构成负压，旋涡处也许别离气体，并渐渐集合构成气泡。别离的气泡常常附在流速简直为零的管壁上，流体活动简单带着气泡沿管壁移动。当气泡沿管壁移动擦过电极时，使电极上的感应信号为零，这时的丈量输出和显现为零。

 

    弯头和刺进热电偶的下流也会有旋涡发作和气体别离。高温液体在旋涡发作进程中更简单汽化别离气泡，这些都是钢铁行业冷却水丈量时简单遇到的表象。

 

    别离的气泡向下流移动，擦过电极的时刻受液体活动速度、管道内壁粗糙度、流量计面料的润滑程度、电极的形状与杰出面料的高度等要素的影响长短不定。本例2台外表反映的毛病时刻都在10s摆布。

 

    为了使外表输出安稳，电磁流量计规划有阻尼时刻。外表的阻尼是在被丈量流量改动时可以滑润外表的丈量值。当输入量阶跃上升到最大值，外表丈量值并不是立即从零到达最大值，而是需求一段时刻。把从零到最大输出值的63%（或欧洲商品习气界说为90%）所需求的时刻界说为阻尼时刻。电信号的阻尼时刻实际上是一个RC阻容滤波器的时刻常数，它是一个积分进程。 Ei为阶跃输入信号起伏；Eo为积分输出信号起伏；t为阻尼时刻；e=2.71828为常数；电阻电容之积RC即是阻尼时刻常数；τ为阶跃脉冲信号的宽度。

 

     当RC=τ时，输出信号到达输入信号最大值的63%；当RC=3τ时，输出信号到达输入信号最大值的95%。为了减小丈量差错，则选用长阻尼时刻，通常取RC=（5～7）τ。一起应当注意到，假如阻尼时刻小，后边的输入信号脉冲需求再滤波，构成三角波状输出，达不到最大安稳值。可是，阻尼时刻过长，会构成外表的反响速度慢，也即是说活络度低，操控与调理的可靠性差。所以，在通常状况下，电磁流量计的阻尼时刻设为3～6s。 气泡噪声信号波形脉冲起伏从最大100%下降到零，并坚持10余秒。

 

输出起伏可用式（1）表示： 假如按通常阻尼时刻设置为5s，核算信号输出会下降到约40%，即本来丈量输出120m3/h，这时只能得到约50m3/h，低于工厂下限报警值，然后导致误报警。一起，因为智能电磁流量计具有空管报警并将信号输出主动置零的功用，在气泡擦过电极时，电极电阻增大，发作空管报警，外表使丈量输出坚持在零值。气泡擦过电极的时刻大于阻尼时刻，构成屡次脉冲的滤波，其滤波次数决议于气泡擦过电极的时刻与阻尼时刻的比。因而，该时期的流量显现不安稳，输出存在大的纹波。

 

    模仿型电磁流量计没有呈现毛病报警是因为：①模仿型电磁流量计在信号处理时具有采样电路和积分坚持电路，其积分时刻常数由电阻电容和积分放大器决议，通常模仿电路的时刻常数比较大；智能化电磁流量计是断续采样的，依托软件设置CPU运算进行数字滤波，阻尼时刻需求设置，设置的规模很宽，从0.5～100s。通常设置的阻尼时刻小于气泡噪声的脉冲宽度。②智能化电磁流量计具有空管检查功用，当电极检查到气泡即提出报警，并把空管以为是没有流量流过，主动将输出显现置于零状况。模仿型电磁流量计通常不带空管检查功用，判别不了电极呈现气泡，这时也就不会把输出显现置于零。因而，好像显得模仿型电磁流量计对气泡噪声影响不活络。

 

    3 疑问的防止和处理办法

 

    由以上剖析可得，电磁流量计在钢铁行业冷却水丈量中呈现的误报警大多是由气泡擦过电极导致的。所以，首先从装置上满意外表上游直管段长度请求，规范外表的装置，挑选远离热源的装置场所，合理运用管道流速，选用光洁度高的PFA氟塑料面料和高纯氧化铝工业陶瓷导管。这些办法将有助于防止或减小旋涡和气体别离的发作。也即是说，改进传感器制作技术、改进运用外表环境条件和装置条件、选用外表上游加装排气阀等办法，有也许防止疑问的发作[5]。其次，合理地设置外表阻尼时刻和功用，也可以处理呈现气泡噪声丈量的误报警。阻尼时刻的挑选是依据流量信号中发作气泡噪声的脉冲宽度来选择。通常应取阻尼时刻为气泡噪声脉冲宽度的3～5倍。如气泡噪声脉冲宽度是10s，阻尼时刻应取30～50s。详细挑选应依据请求的操控精度，3倍脉冲宽度操控差错在5%，5倍脉冲宽度操控精度高于1%。

 

    加大外表阻尼时刻能有效地处理这种脉冲型气泡噪声的影响，一起也带来了反响迟钝的缺陷，即当真正流量动摇时，外表反响很慢。这对请求活络操控的冷却水体系无疑是个难题。为了处理这个疑问，智能化电磁流量计可以运用软件逻辑判别即粗大差错处理的办法[5]。在呈现这种毛病时，经过调整流量的不活络时刻和改动起伏约束这两个条件来判别是流量的改动，仍是气泡擦过电极。假如不是气泡擦过电极的噪声，CPU按正常采样、运算和数字滤波；假如断定发作的是气泡噪声，切除丈量值，坚持前面的流量丈量值。这么，正常流量丈量时期阻尼时刻依然为3～6s。只要在有气泡噪声时，依据脉冲宽度设置的长短将不活络时刻加长，体系操控的时刻也会加长。

 

    当咱们合理挑选具有粗大差错按捺功用电磁流量转换器的“改动率约束值”和“不活络时刻值”时，转换器不只可以按捺气泡噪声导致的误报警，并且在正常作业时外表的反响速度依然可以坚持所设置的阻尼时刻值。

 

    4 实验验证

 

    气泡噪声的研究，应当是用气泡对电磁流量传感器电极进行模仿实验，但目前没有有这种条件。因而，咱们只用电磁流量信号发作器信号的切换，进行气泡噪声的模仿。 适当地选择阻尼时刻和智能型电磁流量计处理气泡噪声毛病的办法，对调查流量计显现与输出信号改动，判别处理气泡噪声的效果显着。切换电磁流量计规范信号源的开关，疾速设置流速和零点，按需求坚持信号为零的时刻，模仿气泡噪声的发作和存在。改动外表阻尼时刻并设置不同的“改动率约束值”及“不活络时刻值”，测验外表输出的改动。

 

    结果表明，加大阻尼时刻和智能化气泡噪声处理都能到达输出不发作大的改动，后者更有利于正常丈量时期丈量反响速度的进步[6]。

 

    这篇文章提出气泡噪声的处理办法，在现场运转正常，未再呈现气泡毛病报警。

 

    5 结束语

 

    这篇文章对气泡噪声的开始探究，有助于在电磁流量计的使用中，判别气液两相流别离气泡和进行噪声处理，充分利用现代的核算机技术进步丈量的可靠性。