电磁流量计测量中的气泡噪声及其处理方法

《电磁流量计测量中的气泡噪声及其处理方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电磁流量计测量中的气泡噪声及其处理方法作  者：马博童云时明曹宽摘  要：电磁流量计在高温导电液体测量时，经常出现“气泡噪声”现象。对其原因进行研究后提出流量计的合理选型以及仪表的规范安装是防止、避免这种气泡噪声产生的最根本办法。介绍了出现气泡噪声引起流量测量误报警的故障处理方法，如加大仪表阻尼时间、采用“变化率限制”和“不敏感时间”合理选择的智能化噪声处理技术。同时，给出了模拟这种噪声信号的方法，并验证了故障处理方法的可行性。关键字：电磁流量计高炉检漏冷却水噪声阻尼时间   0引言   钢铁企业在高炉检漏和连铸连轧控制中

2、大量使用电磁流量计来测量冷却水。冷却水的测量信号往往与设备开启关联，任何一个误动作将会造成无法弥补的损失。测量与控制的精度和可靠性涉及到设备安全、节约能耗以及钢铁产品性能指标。因此，钢铁生产过程对电磁流量计要求具有反应迅速、灵敏度高、重复性稳定性好、可靠性高等特点。   本文讨论的就是为解决钢铁生产高炉检漏和连轧连铸中冷却水可靠测量的问题。   1冷却水测量的一个故障特例   某钢铁公司的炼钢厂连铸冷却水测量中出现了如图1所示的故障流量曲线。流量故障变化呈脉冲规律，脉冲的幅度约为120m3/h，故障脉冲宽度大约为10～12

3、s，周期不定。这种故障造成了系统的误报警，导致工厂生产过程中的严重事故。尽管电磁流量计具有一定的智能化故障判断功能，但由于故障是不定期发生的，很难捕捉到检测故障发生时流量计所反映的流体物化参数和噪声干扰的信息，因此很难按照电磁流量计的常规方法去判断出现流量显示输出为零的可能性，很难判定这种故障的起因。   传感器安装示意图如图2所示。上游是DN80管道经90°弯头后，由渐扩管再扩大至DN150管道进入电磁流量计传感器。流量计上游的直管段长度不足5D，计算得到从DN80～DN150的扩大锥角β大约为40°。从现场安装情况分析

4、，初步认为故障可能是由气泡擦过电极形成短暂时间的感应信号为零所致。也就是说，这是一种气穴现象[2]。所以，我们称这种故障为“气泡噪声”（bubblenoise）。那么气泡又是如何产生的，为什么有时候模拟型转换器看不到这种故障。   2气泡噪声产生原因的分析   从安装情况看，本例的安装情况与电磁流量计的安装要求不符。流量计上游的弯头、扩大管，以及插入热电偶，距电极的直管段不足5D。这些都是容易在电极附近产生旋涡和不对称流速分布以及分离液体中气体形成气泡的原因。上游由小口径（DN80）以高流速（6m/s以上的平均流速），约4

5、0°的入射角流向DN150管道[3]。扩大管气泡分离如图3所示。   这种沿着管壁非顺滑的流体流动，流体的流束首先是收缩呈射流形式流动，然后再逐渐将流束扩散为轴对称的充分发展流。射流过程会形成扩大管内入口处周围的负压区域，于是在电极前要产生大量的旋涡。这样，破坏了电磁流量计测量要求即流速中心轴对称的基本条件。更严重的是由于在电极前形成负压，旋涡处可能分离气体，并慢慢聚集形成气泡。分离的气泡常常附在流速几乎为零的管壁上，流体流动容易携带气泡沿管壁移动。当气泡沿管壁移动擦过电极时，使电极上的感应信号为零，这时的测量输出和显示为

6、零。   弯头和插入热电偶的下游也会有旋涡产生和气体分离。高温液体在旋涡产生过程中更容易汽化分离气泡，这些都是钢铁行业冷却水测量时容易遇到的现象。   分离的气泡向下游移动，擦过电极的时间受液体流动速度、管道内壁粗糙度、流量计衬里的光滑程度、电极的形状与突出衬里的高度等因素的影响长短不定。本例2台仪表反映的故障时间都在10s左右。   为了使仪表输出稳定，电磁流量计设计有阻尼时间。仪表的阻尼是在被测量流量变动时能够平滑仪表的测量值。当输入量阶跃上升到最大值，仪表测量值并不是立即从零达到最大值，而是需要一段时间。把从零到最大

7、输出值的63%（或欧洲产品习惯定义为90%）所需要的时间定义为阻尼时间。电信号的阻尼时间实际上是一个RC阻容滤波器的时间常数，它是一个积分过程。图4为阻尼时间等效电路[4]。   图4中：Ei为阶跃输入信号幅度；Eo为积分输出信号幅度；t为阻尼时间；e=2.71828为常数；电阻电容之积RC就是阻尼时间常数；τ为阶跃脉冲信号的宽度。   当RC=τ时，输出信号达到输入信号最大值的63%；当RC=3τ时，输出信号达到输入信号最大值的95%。为了减小测量误差，则采用长阻尼时间，通常取RC=（5～7）τ。同时应该注意到，如果阻尼

8、时间小，后面的输入信号脉冲需要再滤波，形成三角波状输出，达不到最大稳定值。但是，阻尼时间过长，会造成仪表的反应速度慢，也就是说灵敏度低，控制与调节的可靠性差。所以，在一般情况下，电磁流量计的阻尼时间设为3～6s。   气泡噪声信号波形脉冲幅度从最大100%下降到零，并维持10余秒，气泡噪声与阻尼时间的关