專利名稱：一種大口徑電磁流量計在線校準的方法
技術領域：
本發明涉及一種大口徑電磁流量計在線校準的方法，屬于流量測量儀表電磁流量計技術領域。
背景技術：
對于排水、污水處理行業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Im以上，流速可達5000 6000噸/小時。因此，長期運行后所面臨的校準問題極其突出。
對于大口徑電磁流量計的校準一般分為兩種一種是實驗室標定，即把大口徑電磁流量傳感器從管線上拆下來送到工廠標準裝置上去標定；另一種是在線標定。第一種校準方式不僅工作量大、費用高，而且不能真實的反映電磁流量計在現場工作時的狀態。第二種校準方式主要包括容積法、標準表法和電參數法。其中容積法要求提供一個標準容器，通過計量某段時間內流入標準容器的流體體積或質量，即可得出該段時間內的流量均值。雖然這種方法校準精度較高，但其要求排水和污水處理行業在校準現場提供用于校準的標準容器，需對現有管道進行改動，因此這種校準方法具有一定的局限性。而標準表法通常是以超聲波流量計作為標準表，采用比對的方式對電磁流量計進行校準。這種校準方式雖然不必對現有管道做任何改動，但目前國內外生產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，因此采用標準表法校準不能準確的定位電磁流量計的精度。對于電參數法而言，主要是從電磁流量計的內部著手，對直接影響電磁流量計測量準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、轉換器轉換準確度和零點漂移等參數進行測量，將測量結果與出廠值進行比較，但該方法中涉及的有些參數無法檢測，并且與流量計精度有直接關系對應關系的勵磁線圈的圈數無法精確測量，這使得在線校準的精度低于電磁流量計自身的精度。
綜上所述，現有的校準大口徑電磁流量計的方法存在如下問題
(1)容積法要求校準現場提供標準容積池，在沒有標準容器的情況下，需對現有管道進行改動，耗費大量的人力、財力。
(2)標準表法中使用的超聲波流量計精度低于電磁流量計的精度，不能精準的起到校準效果。
(3)電參數法中涉及的電磁流量計部分參數無法測量或測量不精確，直接影響電磁流量計的校準精度。發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術中存在的上述問題，提供一種大口徑電磁流量計在線校準的方法，該方法構思新穎，操作方便，校準精確。
本發明的技術解決方案基于在不改動污水處理廠現有管道的情況下提高電磁流量計在線校準精度的考慮，提供了一種新的校準方法，即壓力測試法。首先分析并測量現場管段的幾何尺寸及管道內液體的流態等參數，然后結合這些參數及數學模型計算出管道出口處管壁壓力受流速變化最敏感的點，并將壓力測試裝置安裝在敏感位置，進而分析壓力變化和電磁流量計讀數變化間的關系，從而計量出流體從電磁流量計處到明口端的時間， 最后可得出這段時間內的流體平均流速。
綜上所述，本發明一種大口徑電磁流量計在線校準的方法，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 依據公式Re = ^·，可得出管道內流體的流動形態，即雷諾數。其中V為υ流速，d為管道的直徑，U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，因此在現場環境中增加了溫度的測試，以便于后續的數據修正。所述流體流動形態包括層流流態和紊流流態，其流態判據為雷諾數Re小于2000，則為層流流態，表示流體質點有條不紊的呈層狀運動；Re大于2000，則為層流流態，表示流體質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，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，并在實驗室環境下通過實際實驗驗證，通過不斷地修正和驗證最終得出流速變化與敏感點位置的對應關系。對于圓柱形管道，其管壁的受力應具有對稱性，為便于后續的數據處理和修正，確定壓力測試裝置在管壁內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，是一種融結構、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，當其中一段流體經過電磁流量計的同時，電磁流量計給壓力測試裝置發一觸發信號使壓力測試裝置開始采集數據，當數據采集完成后， 電磁流量計給壓力測試裝置發結束采集信號，表示已完成數據的采集，并同時作好溫度、時間及各個數據參數的記錄；
步驟五將電磁流量計與壓力測試裝置所得的數據傳至計算機，通過LABVIEW編寫的上位機軟件將流量計采集的數據及溫度測試的數據結合進行分析，可得出流速與壓力變化之間的規律，進而得出流體流經電磁流量計至出口處壓力測試裝置處的時間，最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提供了可靠的理論依據。所述LABVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，主要用于開發測試、測量與控制系統。
本發明與現有技術相比的優點在于
1)壓力測試裝置的安裝不需改動現有的管道，在通過軟件分析計算安裝位置的基礎上，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)壓力測試法校準中涉及的參數直接溯源到時間、長度這些基本量，該方法比現有的校準方法校準精度理論上更高。
圖1為壓力測試法示意圖。
圖2為本發明的流程框圖。
圖3為管道出口對稱點示意圖。
圖4為上位機軟件數據處理流程框圖。
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，當流體經過電磁流量計后，電磁流量計給壓力測試裝置發觸發信號，使壓力測試裝置開始數據采集，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值變化規律，得出流體從電磁流量計位置至明口端經過的時間，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，是本發明的流程框圖，對應流程圖本發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；
步驟二 依據公式Re = ^·，可得出管道內流體的流動形態，即雷諾數。其中V為υ流速，d為管道的直徑，U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，因此在現場環境中增加了溫度的測試，以便于后續的數據修正。所述流體流動形態包括層流流態和紊流流態，其流態判據為雷諾數Re小于2000，則為層流流態，表示流體質點有條不紊的呈層狀運動；Re大于2000，則為層流流態，表示流體質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，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，并在實驗室環境下通過實際實驗驗證，通過不斷地修正和驗證最終得出流速變化與敏感點位置的對應關系。對于圓柱形管道，其管壁的受力應具有對稱性，為便于后續的數據處理和修正，可將壓力測試裝置分別放置在管壁內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，它是一種融結構、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，當其中一段流體經過電磁流量計的同時，電磁流量計給壓力測試裝置發一觸發信號使壓力測試裝置開始采集數據，當數據采集完成后， 電磁流量計給壓力測試裝置發結束采集信號，表示已完成數據的采集，并同時作好溫度、時間及各個數據參數的記錄；
步驟五將電磁流量計與壓力測試裝置所得的數據傳至計算機，通過LABVIEW編寫的上位機軟件將流量計采集的數據及溫度測試的數據結合進行分析，可得出流速與壓力變化之間的規律，進而得出流體流經電磁流量計至出口處壓力測試裝置處的時間，最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提供了可靠的理論依據。所述LABVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，主要用于開發測試、測量與控制系統。
圖4所示為上位機軟件數據處理流程框圖，首先由LABVIEW編寫的數據處理軟件讀取電磁流量計采集的流量數據，壓力測試裝置采集的壓力數據和溫度測試裝置采集的溫度值，并通過LABVIEW中的波形控件將數據顯示出來，然后結合溫度值修正壓力數據，同時將修正后的壓力數據重新以波形顯示，接著由流量值與修正后的壓力值之間的變化規律得出二者之間的時間差，最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。
權利要求
1. 一種大口徑電磁流量計在線校準的方法，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；Vd步驟二 依據公式Re = —，得出管道內流體的流動形態，即雷諾數；其中V為流速，dυ為管道的直徑，υ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，因此在現場環境中增加了溫度的測試，以便于后續的數據修正；所述流體的流動形態包括層流流態和紊流流態，其流態判據為雷諾數Re小于2000，則為層流流態，表示流體質點有條不紊的呈層狀運動；Re大于2000，則為紊流流態，表示流體質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，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，并在實驗室環境下通過實際實驗驗證，通過不斷地修正和驗證最終得出流速變化與敏感點位置的對應關系；對于圓柱形管道，其管壁的受力應具有對稱性，為便于后續的數據處理和修正，確定壓力測試裝置在管壁內敏感點及其對稱點的位置；步驟四安放壓力、溫度測試裝置，當其中一段流體經過電磁流量計的同時，電磁流量計給壓力測試裝置發一觸發信號使壓力測試裝置開始采集數據，當數據采集完成后，電磁流量計給壓力測試裝置發結束采集信號，表示已完成數據的采集，并同時作好溫度、時間及各個數據參數的記錄；步驟五將電磁流量計與壓力測試裝置所得的數據傳至計算機，通過LABVIEW編寫的上位機軟件將流量計采集的數據及溫度測試的數據結合進行分析，得出流速與壓力變化之間的規律，進而得出流體流經電磁流量計至出口處壓力測試裝置處的時間，最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提供了可靠的理論依據。
全文摘要
一種大口徑電磁流量計在線校準的方法，它有五大步驟步驟一、測量管道的幾何參數；步驟二、分析管道內液體的流動形態；步驟三、通過數學建模分析敏感點位置步驟四、安放壓力、溫度測試裝置，開始數據采集；步驟五、數據處理得出流體的平均流速。本發明基于在不改動現有管道的情況下，提供了新的一種大口徑電磁流量計在線校準的方法，該方法構思新穎，操作方便，校準精確，為大口徑電磁流量計的在線校準提供了可靠的理論依據。它在流量測量儀表技術領域里具有實用價值和廣闊的應用前景。
文檔編號G01F25/00GK102519556SQ20111039665
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者趙曉東, 錢政, 陳妮亞 申請人:北京航空航天大學