智能化液流量测控技术

　　1　引　　言

　　随着工业生产的发展,环境保护和资源的充分利用问题被提上议事日程,而液流量测控技术的新进展将对此提供必要的保障。

　　目前国内外使用的液流量计大多基于常规的测量方法,通过对液体流量或其他属性(如速度、容积、质量等)的测量,获取输出信号,并利用信号的变化来反映液流量的变化。这些液流量计根据其不同的测量原理,广泛应用于各种不同的场合,体现了各自的优点。然而,在低流速或小口径的液流量测量方面,仍存在很大的缺陷。一些现场因素,如雷诺数的变化、流体的粘度值、管径的大小等等,都将影响测量精度。

　　本文提出一种智能化液流量测控技术,它根据自动控制原理,采用微电脑智能化技术,构造了一台供液速度按工况要求自动调节的定量泵,不仅能以很高的精度在较大的范围内测量管道内低流速或小口径液体流量,同时还能按某种数学规律或测量结果对供液量进行精确控制。

　　智能化液流量计的使用,基本上不受雷诺数等上述影响因素的限制,也不产生任何压力损失。可以广泛应用于各种需要精密测量与控制的地方。

　　2　测量原理

　　在容积式液流量计中,量斗内的一定容积空间里充满液体,连续不断地向出口流去,液体流量被量斗连续计量。相当于量斗的计量空间是在固定的外壳与内部可动部件间形成的,可动部件由于液体的压力而转动,因此将一定体积的液体吸入并向出口送出,这种动作的次数与体积流量成比例[1]。然而,由于容积式流量计的转子和外壳之间存在液体泄露,因此测量精度受到影响,同时液体粘度也成为精度的影响因数之一。为了减小误差,必须使转子与壳体更好地接触,但这样却增加了转子转动的阻力,当流量较小或液体粘度较大时,液体就难以使转子旋转。

　　智能化液流量计采用活塞式线性定量泵作为“量斗”,并对其施加附加驱动力。这个驱动力在自动调节系统的控制下随液流而变化,并采用微电脑智能电路使液流量计能按需求供给液体。因此,该流量计不仅能更精确地测量液流,还能较好地排除被测液体粘度的影响,同时又能根据需要来设置压力损失,其设定值可处于很大范围内,包括零和负值。智能化液流量计的测量原理如图1所示。

　　累计流量是用容积法计量的,它将流过管路的液流量,以一定容积的“斗”连续、反复地进行测量。图1中的活塞式线性定量泵在步进电机的控制下充放液体。液体的通过体积V如式(1)所示的那样,为体积流量的累计值。

　　定量泵的输出管道连接在一个由波纹管做成的缓冲容器上,容器的大小由仪器的量程决定。流量的瞬时信号由霍尔变换器提供,该信号取决于波纹管端面的位置。当波纹管内压力下降时,波纹管的长度缩短,霍尔元件将输出一个与供液率成比例的信号,经霍尔变换器转换成恰当幅度范围的电压电平,该电压经A/D和D/F变换器转换为一定频率的脉冲,驱动步进电机的运转。这样,在由定量泵、波纹管、霍尔变换器、A/D和D/F变换器及电机所组成的闭环系统中,流量测量转化成了压力定值比例调节。根据自动控制原理,这是一个有差调节系统。耗液率、波纹管端面的变化、霍尔变换器输出与电机转速将相互成正比,即: