鋼鐵企業(yè)在高爐檢漏和連鑄連軋操控中大量運用上海儀川儀表電磁流量計來丈量冷卻水。冷卻水的丈量信號往往與設備開啟相關，任何一個誤動作將會構成無法彌補的丟失。丈量與操控的精度和可靠性涉及到設備安全、節(jié)省能耗以及鋼鐵商品性能指標。因而，鋼鐵出產(chǎn)進程對電磁流量計請求具有反響敏捷、活絡度高、重復性安穩(wěn)性好、可靠性高級特色。

這篇文章討論的即是為處理鋼鐵出產(chǎn)高爐檢漏和連軋連鑄中冷卻水可靠丈量的疑問。

1、冷卻水丈量的一個毛病特例

某鋼鐵公司的煉鋼廠連鑄冷卻水丈量中呈現(xiàn)了如圖1所示的毛病流量曲線。流量毛病改動呈脈沖規(guī)則，脈沖的起伏約為120m3/h，毛病脈沖寬度大約為10～12s，周期不定。這種毛病構成了體系的誤報警，致使工廠出產(chǎn)進程中的嚴峻事故。盡管電磁流量計具有必定的智能化毛病判別功用，但因為毛病是不定期發(fā)作的，很難捕捉到檢查毛病發(fā)作時流量計所反映的流體物化參數(shù)和噪聲攪擾的信息，因而很難依照電磁流量計的常規(guī)辦法去判別呈現(xiàn)流量顯現(xiàn)輸出為零的也許性，很難斷定這種毛病的緣由。

傳感器裝置示意圖如圖2所示。上游是DN80管道經(jīng)90°彎頭后，由漸擴管再擴展至DN150管道進入電磁流量計傳感器。流量計上游的直管段長度缺乏5D，核算得到從DN80～DN150的擴展錐角β大約為40°。從現(xiàn)場裝置狀況剖析，開始以為毛病也許是由氣泡擦過電極構成時刻短時刻的感應信號為零所造成的。也即是說，這是一種氣穴表象[2]。所以，咱們稱這種毛病為“氣泡噪聲”（bubblenoise）。那么氣泡又是怎么發(fā)作的，為何有時候模仿型轉(zhuǎn)換器看不到這種毛病。

 

2、氣泡噪聲發(fā)作緣由的剖析

     從裝置狀況看，本例的裝置狀況與電磁流量計的裝置請求不符。流量計上游的彎頭、擴展管，以及刺進熱電偶，距電極的直管段缺乏5D。這些都是簡單在電極鄰近發(fā)作旋渦和不對稱流速分布以及別離液體中氣體構成氣泡的緣由。上游由小口徑（DN80）以高流速（6m/s以上的均勻流速），約40°的入射角流向DN150管道[3]。

這種沿著管壁非順滑的流體活動，流體的流束首先是縮短呈射流方式活動，然后再逐步將流束分散為軸對稱的充分發(fā)展流。射流進程會構成擴展管內(nèi)入口處周圍的負壓區(qū)域，于是在電極前要發(fā)作大量的旋渦。這么，破壞了電磁流量計丈量請求即流速基地軸對稱的基本條件。更嚴峻的是因為在電極前構成負壓，旋渦處也許別離氣體，并漸漸集合構成氣泡。別離的氣泡常常附在流速簡直為零的管壁上，流體活動簡單帶著氣泡沿管壁移動。當氣泡沿管壁移動擦過電極時，使電極上的感應信號為零，這時的丈量輸出和顯現(xiàn)為零。

彎頭和刺進熱電偶的下流也會有旋渦發(fā)作和氣體別離。高溫液體在旋渦發(fā)作進程中更簡單汽化別離氣泡，這些都是鋼鐵行業(yè)冷卻水丈量時簡單遇到的表象。

別離的氣泡向下流移動，擦過電極的時刻受液體活動速度、管道內(nèi)壁粗糙度、流量計面料的潤滑程度、電極的形狀與杰出面料的高度等要素的影響長短不定。本例2臺外表反映的毛病時刻都在10s擺布。

為了使外表輸出安穩(wěn)，電磁流量計規(guī)劃有阻尼時刻。外表的阻尼是在被丈量流量改動時可以滑潤外表的丈量值。當輸入量階躍上升到最大值，外表丈量值并不是立即從零到達最大值，而是需求一段時刻。把從零到最大輸出值的63%（或歐洲商品習氣界說為90%）所需求的時刻界說為阻尼時刻。電信號的阻尼時刻實際上是一個RC阻容濾波器的時刻常數(shù)，它是一個積分進程。

Ei為階躍輸入信號起伏；Eo為積分輸出信號起伏；t為阻尼時刻；e=2.71828為常數(shù)；電阻電容之積RC即是阻尼時刻常數(shù)；τ為階躍脈沖信號的寬度。

當RC=τ時，輸出信號到達輸入信號最大值的63%；當RC=3τ時，輸出信號到達輸入信號最大值的95%。為了減小丈量差錯，則選用長阻尼時刻，通常取RC=（5～7）τ。一起應當注意到，假如阻尼時刻小，后邊的輸入信號脈沖需求再濾波，構成三角波狀輸出，達不到最大安穩(wěn)值?？墒?，阻尼時刻過長，會構成外表的反響速度慢，也即是說活絡度低，操控與調(diào)理的可靠性差。所以，在通常狀況下，電磁流量計的阻尼時刻設為3～6s。

氣泡噪聲信號波形脈沖起伏從最大100%下降到零，并堅持10余秒。輸出起伏可用式（1）表示：

假如按通常阻尼時刻設置為5s，核算信號輸出會下降到約40%，即本來丈量輸出120m3/h，這時只能得到約50m3/h，低于工廠下限報警值，然后導致誤報警。一起，因為智能電磁流量計具有空管報警并將信號輸出主動置零的功用，在氣泡擦過電極時，電極電阻增大，發(fā)作空管報警，外表使丈量輸出堅持在零值。氣泡擦過電極的時刻大于阻尼時刻，構成屢次脈沖的濾波，其濾波次數(shù)決議于氣泡擦過電極的時刻與阻尼時刻的比。因而，該時期的流量顯現(xiàn)不安穩(wěn)，輸出存在大的紋波。

模仿型電磁流量計沒有呈現(xiàn)毛病報警是因為：①模仿型電磁流量計在信號處理時具有采樣電路和積分堅持電路，其積分時刻常數(shù)由電阻電容和積分放大器決議，通常模仿電路的時刻常數(shù)比較大；智能化電磁流量計是斷續(xù)采樣的，依托軟件設置CPU運算進行數(shù)字濾波，阻尼時刻需求設置，設置的規(guī)模很寬，從0.5～100s。通常設置的阻尼時刻小于氣泡噪聲的脈沖寬度。②智能化電磁流量計具有空管檢查功用，當電極檢查到氣泡即提出報警，并把空管以為是沒有流量流過，主動將輸出顯現(xiàn)置于零狀況。模仿型電磁流量計通常不帶空管檢查功用，判別不了電極呈現(xiàn)氣泡，這時也就不會把輸出顯現(xiàn)置于零。因而，好像顯得模仿型電磁流量計對氣泡噪聲影響不活絡。

3、疑問的防止和處理辦法

由以上剖析可得，電磁流量計在鋼鐵行業(yè)冷卻水丈量中呈現(xiàn)的誤報警大多是由氣泡擦過電極導致的。所以，首先從裝置上滿意外表上游直管段長度請求，規(guī)范外表的裝置，挑選遠離熱源的裝置場所，合理運用管道流速，選用光潔度高的PFA氟塑料面料和高純氧化鋁工業(yè)陶瓷導管。這些辦法將有助于防止或減小旋渦和氣體別離的發(fā)作。也即是說，改進傳感器制作技術、改進運用外表環(huán)境條件和裝置條件、選用外表上游加裝排氣閥等辦法，有也許防止疑問的發(fā)作[5]。其次，合理地設置外表阻尼時刻和功用，也可以處理呈現(xiàn)氣泡噪聲丈量的誤報警。阻尼時刻的挑選是依據(jù)流量信號中發(fā)作氣泡噪聲的脈沖寬度來選擇。通常應取阻尼時刻為氣泡噪聲脈沖寬度的3～5倍。如氣泡噪聲脈沖寬度是10s，阻尼時刻應取30～50s。詳細挑選應依據(jù)請求的操控精度，3倍脈沖寬度操控差錯在5%，5倍脈沖寬度操控精度高于1%。

加大外表阻尼時刻能有效地處理這種脈沖型氣泡噪聲的影響，一起也帶來了反響遲鈍的缺陷，即當真正流量動搖時，外表反響很慢。這對請求活絡操控的冷卻水體系無疑是個難題。為了處理這個疑問，智能化電磁流量計可以運用軟件邏輯判別即粗大差錯處理的辦法[5]。在呈現(xiàn)這種毛病時，經(jīng)過調(diào)整流量的不活絡時刻和改動起伏約束這兩個條件來判別是流量的改動，仍是氣泡擦過電極。假如不是氣泡擦過電極的噪聲，CPU按正常采樣、運算和數(shù)字濾波；假如斷定發(fā)作的是氣泡噪聲，切除丈量值，堅持前面的流量丈量值。這么，正常流量丈量時期阻尼時刻依然為3～6s。只要在有氣泡噪聲時，依據(jù)脈沖寬度設置的長短將不活絡時刻加長，體系操控的時刻也會加長。

當咱們合理挑選具有粗大差錯按捺功用電磁流量轉(zhuǎn)換器的“改動率約束值”和“不活絡時刻值”時，轉(zhuǎn)換器不只可以按捺氣泡噪聲導致的誤報警，并且在正常作業(yè)時外表的反響速度依然可以堅持所設置的阻尼時刻值。

4、實驗驗證

氣泡噪聲的研究，應當是用氣泡對電磁流量傳感器電極進行模仿實驗，但目前沒有有這種條件。因而，咱們只用電磁流量信號發(fā)作器信號的切換，進行氣泡噪聲的模仿。

適當?shù)剡x擇阻尼時刻和智能型電磁流量計處理氣泡噪聲毛病的辦法，對調(diào)查流量計顯現(xiàn)與輸出信號改動，判別處理氣泡噪聲的效果顯著。切換電磁流量計規(guī)范信號源的開關，疾速設置流速和零點，按需求堅持信號為零的時刻，模仿氣泡噪聲的發(fā)作和存在。改動外表阻尼時刻并設置不同的“改動率約束值”及“不活絡時刻值”，測驗外表輸出的改動。

結果表明，加大阻尼時刻和智能化氣泡噪聲處理都能到達輸出不發(fā)作大的改動，后者更有利于正常丈量時期丈量反響速度的進步[6]。

這篇文章提出氣泡噪聲的處理辦法，在現(xiàn)場運轉(zhuǎn)正常，未再呈現(xiàn)氣泡毛病報警。

5、結束語

這篇文章對氣泡噪聲的開始探究，有助于在電磁流量計的使用中，判別氣液兩相流別離氣泡和進行噪聲處理，充分利用現(xiàn)代的核算機技術進步丈量的可靠性。