冲板流量计的改进设计方案

    在工业生产中,液位、压力、流量与温度统称四大热工工艺参数。固体物料种类繁多,物理特性差异很大,对其流量的测量与气体和液体相比是相对困难的,测量手段和方法较少,一直是测量领域的难题,常用方法主要有电子皮带称、电子核子称、冲板式流量计等,但普遍测量精度较低,相对而言冲板式流量计测量机理科学,理论依据充分,结构简单,传统冲板式流量计测量精度低的主要原因是传感器和测量电路部分不够先进。为适应工业生产中对固体物料计量大流量高精度的要求,对其进行技术改造是很有必要的。

    1　冲板流量计的测量机理

    当物料从高度为h处,以自由下落方式冲击冲击板时,有冲击力F1  

    F1可以分解为一个重力Fp和一个水平分力Fm. 

    式中:Fm为物料落在冲击板的水平分力;m为物料的质量;g为自由落体加速度;α为落料角;β为冲击板与水平面夹角;h为垂直距离。

    从式(2)看出,流量计制造安装完成后α,β,h均为常数,Fm与流量成正比并且线性,其大小不受被测物料的(如密度、粒度、湿度)等因素变化的影响,是散状固体物料在连续动态在线测量最为理想的测量方法,测量水平分力是为了减少因常时间使用冲击板磨损重量减轻对测量精度影响。

    2　冲板流量计的结构及工作原理

    传统冲板流量计由机械测量机构和变送器两部分组成。机械测量机构由冲击板、浮动框架、测力弹簧和差动变压器传感器组成,冲板受到被测物料冲击击时,垂直分力Fp被装置刚性结构完全平衡掉。其水平分力Fm带动浮动框架摆一个距离,此距离的大小与测力弹簧的弹性模量有关,弹簧的弹性模量由公式计算所得,此距离通常在2 mm左右。为增加过载能力,装置内装有硅油阻尼筒,为使机构稳定,还加有重锤平衡机构。

    变送器采用的是差动变压器作为传感器,被测物料冲击到冲击板上,水平分力Fm使浮动框架摆动带动差动变压器的磁芯左右移动,当磁芯偏移对称位置时,差动变压器有毫伏正弦波电压信号输出。变送器包括震荡、稳幅、放大、检波、滤波和V/F转换电路组成,最终把差动变压器的测量信号转变为抗干扰的电流脉冲信号,通过两线制线路输送给脉冲频率调制器,经过脉冲频率调制器解调,将频率信号输送给测控显示仪表,经测控显示仪表运算处理,可获得固体物料瞬时流量对应的4~20 mA电流信号给调节器进行PID调节。

    3　冲板流量计技术改进的必要性

    传统冲板流量计是原联邦德国倍加福(E+H)公司20世纪80年代初发明的,受当时技术条件限制,传感器采用的是差动变压器,变送器采用的是常规仪表电路,电路转换次数太多,线性度和精度都不高。机械测量机构动作部件多,极易造成磨损,给维修和使用带来很大不便,另一个主要原因,倍加福(E+H)公司已不再生产固体物料冲板流量计了,已将该专利转让给美国拉姆齐公司,这就造成国内一些用户无处购买配件的尴尬境地。有必要对传统冲板流量计进行技术更新。