专利名称：一种大口径电磁流量计在线校准的方法
技术领域：
本发明涉及一种大口径电磁流量计在线校准的方法，属于流量测量仪表电磁流量计技术领域。
背景技术：
对于排水、污水处理行业中使用的的电磁流量计，大口径、高流速是其典型特点， 通常管道直径都在Im以上，流速可达5000 6000吨/小时。因此，长期运行后所面临的校准问题极其突出。
对于大口径电磁流量计的校准一般分为两种一种是实验室标定，即把大口径电磁流量传感器从管线上拆下来送到工厂标准装置上去标定；另一种是在线标定。第一种校准方式不仅工作量大、费用高，而且不能真实的反映电磁流量计在现场工作时的状态。第二种校准方式主要包括容积法、标准表法和电参数法。其中容积法要求提供一个标准容器，通过计量某段时间内流入标准容器的流体体积或质量，即可得出该段时间内的流量均值。虽然这种方法校准精度较高，但其要求排水和污水处理行业在校准现场提供用于校准的标准容器，需对现有管道进行改动，因此这种校准方法具有一定的局限性。而标准表法通常是以超声波流量计作为标准表，采用比对的方式对电磁流量计进行校准。这种校准方式虽然不必对现有管道做任何改动，但目前国内外生产的超声波流量计精度一般都在0. 5级，而电磁流量计的精度范围是0. 2 0. 5级，因此采用标准表法校准不能准确的定位电磁流量计的精度。对于电参数法而言，主要是从电磁流量计的内部着手，对直接影响电磁流量计测量准确度的传感器励磁线圈电阻和对地绝缘电阻、电极接液电阻偏差率、转换器转换准确度和零点漂移等参数进行测量，将测量结果与出厂值进行比较，但该方法中涉及的有些参数无法检测，并且与流量计精度有直接关系对应关系的励磁线圈的圈数无法精确测量，这使得在线校准的精度低于电磁流量计自身的精度。
综上所述，现有的校准大口径电磁流量计的方法存在如下问题
(1)容积法要求校准现场提供标准容积池，在没有标准容器的情况下，需对现有管道进行改动，耗费大量的人力、财力。
(2)标准表法中使用的超声波流量计精度低于电磁流量计的精度，不能精准的起到校准效果。
(3)电参数法中涉及的电磁流量计部分参数无法测量或测量不精确，直接影响电磁流量计的校准精度。发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种大口径电磁流量计在线校准的方法，该方法构思新颖，操作方便，校准精确。
本发明的技术解决方案基于在不改动污水处理厂现有管道的情况下提高电磁流量计在线校准精度的考虑，提供了一种新的校准方法，即压力测试法。首先分析并测量现场管段的几何尺寸及管道内液体的流态等参数，然后结合这些参数及数学模型计算出管道出口处管壁压力受流速变化最敏感的点，并将压力测试装置安装在敏感位置，进而分析压力变化和电磁流量计读数变化间的关系，从而计量出流体从电磁流量计处到明口端的时间， 最后可得出这段时间内的流体平均流速。
综上所述，本发明一种大口径电磁流量计在线校准的方法，该方法具体步骤如下
步骤一采用高精度的测量方式分别测量管道的直径、管壁的厚度及电磁流量计至管道出口的直管段长度，并测量压力测试装置的长度；
步骤二 依据公式Re = ^·，可得出管道内流体的流动形态，即雷诺数。其中V为υ流速，d为管道的直径，U为运动粘度。在测试过程中，由于温度是影响流体粘性的主要因素，因此在现场环境中增加了温度的测试，以便于后续的数据修正。所述流体流动形态包括层流流态和紊流流态，其流态判据为雷诺数Re小于2000，则为层流流态，表示流体质点有条不紊的呈层状运动；Re大于2000，则为层流流态，表示流体质点作杂乱无章的掺混运动；
步骤三将步骤一和步骤二得出的参数，作为输入量通过ANSYS软件建模仿真后得出管壁受流速变化压力最敏感的点，并在实验室环境下通过实际实验验证，通过不断地修正和验证最终得出流速变化与敏感点位置的对应关系。对于圆柱形管道，其管壁的受力应具有对称性，为便于后续的数据处理和修正，确定压力测试装置在管壁内敏感点及其对称点的位置，如图3中的1、2点所示。所述ANSYS软件，是一种融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件；
步骤四安放压力、温度测试装置，当其中一段流体经过电磁流量计的同时，电磁流量计给压力测试装置发一触发信号使压力测试装置开始采集数据，当数据采集完成后， 电磁流量计给压力测试装置发结束采集信号，表示已完成数据的采集，并同时作好温度、时间及各个数据参数的记录；
步骤五将电磁流量计与压力测试装置所得的数据传至计算机，通过LABVIEW编写的上位机软件将流量计采集的数据及温度测试的数据结合进行分析，可得出流速与压力变化之间的规律，进而得出流体流经电磁流量计至出口处压力测试装置处的时间，最后将电磁流量计至压力测试装置之间的液体容积与时间相比即可得出流体的平均流速，从而为大口径电磁流量计的在线校准提供了可靠的理论依据。所述LABVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，主要用于开发测试、测量与控制系统。
本发明与现有技术相比的优点在于
1)压力测试装置的安装不需改动现有的管道，在通过软件分析计算安装位置的基础上，直接将装置安装在管道出口的测试点即可，整体操作方便、快捷；
2)压力测试法校准中涉及的参数直接溯源到时间、长度这些基本量，该方法比现有的校准方法校准精度理论上更高。
图1为压力测试法示意图。
图2为本发明的流程框图。
图3为管道出口对称点示意图。
图4为上位机软件数据处理流程框图。
图3中符号说明如下
1、2表示圆柱形管道的管壁受力对称点的位置。
具体实施方式
如图1所示，图中有一大口径直管道，电磁流量计安装在管道上，在出口处安放有压力测试装置，当流体经过电磁流量计后，电磁流量计给压力测试装置发触发信号，使压力测试装置开始数据采集，由于不同流速的流体对管壁的压力不同，因此可通过分析比较电磁流量计与压力测试装置二者之间的数值变化规律，得出流体从电磁流量计位置至明口端经过的时间，而二者之间管道的容积是已知的，从而可得出该管段流体的平均流速。
如图2所示，是本发明的流程框图，对应流程图本发明方法的具体步骤为
步骤一采用高精度的测量方式分别测量管道的直径、管壁的厚度及电磁流量计至管道出口的直管段长度，并测量压力测试装置的长度。所述高精度的测量方式，根据需要可以选用红外、激光和超声波的方式测量管道几何参数；
步骤二 依据公式Re = ^·，可得出管道内流体的流动形态，即雷诺数。其中V为υ流速，d为管道的直径，U为运动粘度。在测试过程中，由于温度是影响流体粘性的主要因素，因此在现场环境中增加了温度的测试，以便于后续的数据修正。所述流体流动形态包括层流流态和紊流流态，其流态判据为雷诺数Re小于2000，则为层流流态，表示流体质点有条不紊的呈层状运动；Re大于2000，则为层流流态，表示流体质点作杂乱无章的掺混运动；
步骤三将步骤一和步骤二得出的参数，作为输入量通过ANSYS软件建模仿真后得出管壁受流速变化压力最敏感的点，并在实验室环境下通过实际实验验证，通过不断地修正和验证最终得出流速变化与敏感点位置的对应关系。对于圆柱形管道，其管壁的受力应具有对称性，为便于后续的数据处理和修正，可将压力测试装置分别放置在管壁内敏感点及其对称点的位置，如图3中的1、2点所示。所述ANSYS是一种ANSYS软件，它是一种融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件；
步骤四安放压力、温度测试装置，当其中一段流体经过电磁流量计的同时，电磁流量计给压力测试装置发一触发信号使压力测试装置开始采集数据，当数据采集完成后， 电磁流量计给压力测试装置发结束采集信号，表示已完成数据的采集，并同时作好温度、时间及各个数据参数的记录；
步骤五将电磁流量计与压力测试装置所得的数据传至计算机，通过LABVIEW编写的上位机软件将流量计采集的数据及温度测试的数据结合进行分析，可得出流速与压力变化之间的规律，进而得出流体流经电磁流量计至出口处压力测试装置处的时间，最后将电磁流量计至压力测试装置之间的液体容积与时间相比即可得出流体的平均流速，从而为大口径电磁流量计的在线校准提供了可靠的理论依据。所述LABVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，主要用于开发测试、测量与控制系统。
图4所示为上位机软件数据处理流程框图，首先由LABVIEW编写的数据处理软件读取电磁流量计采集的流量数据，压力测试装置采集的压力数据和温度测试装置采集的温度值，并通过LABVIEW中的波形控件将数据显示出来，然后结合温度值修正压力数据，同时将修正后的压力数据重新以波形显示，接着由流量值与修正后的压力值之间的变化规律得出二者之间的时间差，最后将安装有电磁流量计与压力测试装置位置之间的容积与时间差相比较可获得流体的平均流速。
权利要求
1. 一种大口径电磁流量计在线校准的方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤一采用高精度的测量方式分别测量管道的直径、管壁的厚度及电磁流量计至管道出口的直管段长度，并测量压力测试装置的长度；Vd步骤二 依据公式Re = —，得出管道内流体的流动形态，即雷诺数；其中V为流速，dυ为管道的直径，υ为运动粘度；在测试过程中，由于温度是影响流体粘性的主要因素，因此在现场环境中增加了温度的测试，以便于后续的数据修正；所述流体的流动形态包括层流流态和紊流流态，其流态判据为雷诺数Re小于2000，则为层流流态，表示流体质点有条不紊的呈层状运动；Re大于2000，则为紊流流态，表示流体质点作杂乱无章的掺混运动；步骤三将步骤一和步骤二得出的参数，作为输入量通过ANSYS软件建模仿真后得出管壁受流速变化压力最敏感的点，并在实验室环境下通过实际实验验证，通过不断地修正和验证最终得出流速变化与敏感点位置的对应关系；对于圆柱形管道，其管壁的受力应具有对称性，为便于后续的数据处理和修正，确定压力测试装置在管壁内敏感点及其对称点的位置；步骤四安放压力、温度测试装置，当其中一段流体经过电磁流量计的同时，电磁流量计给压力测试装置发一触发信号使压力测试装置开始采集数据，当数据采集完成后，电磁流量计给压力测试装置发结束采集信号，表示已完成数据的采集，并同时作好温度、时间及各个数据参数的记录；步骤五将电磁流量计与压力测试装置所得的数据传至计算机，通过LABVIEW编写的上位机软件将流量计采集的数据及温度测试的数据结合进行分析，得出流速与压力变化之间的规律，进而得出流体流经电磁流量计至出口处压力测试装置处的时间，最后将电磁流量计至压力测试装置之间的液体容积与时间相比即得出流体的平均流速，从而为大口径电磁流量计的在线校准提供了可靠的理论依据。
全文摘要
一种大口径电磁流量计在线校准的方法，它有五大步骤步骤一、测量管道的几何参数；步骤二、分析管道内液体的流动形态；步骤三、通过数学建模分析敏感点位置步骤四、安放压力、温度测试装置，开始数据采集；步骤五、数据处理得出流体的平均流速。本发明基于在不改动现有管道的情况下，提供了新的一种大口径电磁流量计在线校准的方法，该方法构思新颖，操作方便，校准精确，为大口径电磁流量计的在线校准提供了可靠的理论依据。它在流量测量仪表技术领域里具有实用价值和广阔的应用前景。
文档编号G01F25/00GK102519556SQ20111039665
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者赵晓东, 钱政, 陈妮亚 申请人:北京航空航天大学