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隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電磁流量計(jì)測(cè)量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種液體測(cè)量工作，特別是在醫(yī)藥與化

工領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍更加廣泛。但目前的電磁流量計(jì)在測(cè)量時(shí)仍存在許多不足，流速慢、顆粒含量大、導(dǎo)電率低和粘稠性強(qiáng)的液體，測(cè)量結(jié)果往往存在較大誤差。針對(duì)以上問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)大部分電磁流量計(jì)廠家選擇在常規(guī)電磁流量計(jì)外部增設(shè)陶瓷導(dǎo)管，或者購(gòu)進(jìn)國(guó)外陶瓷襯里電磁流量計(jì)。但這兩種方法都會(huì)增加流量計(jì)生產(chǎn)與運(yùn)輸成本，如果增設(shè)陶瓷導(dǎo)管，由于技術(shù)不成熟，陶瓷導(dǎo)管安裝質(zhì)量和接口加工難以控制，容易造成泄露現(xiàn)象。購(gòu)進(jìn)國(guó)外電磁流量計(jì)不僅成本高昂，而且無(wú)法進(jìn)行維修保養(yǎng)[1]。

 

為此，本文研究了一種實(shí)用新型小口徑PFA襯里耐負(fù)壓電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)，能夠改善以上流量計(jì)測(cè)量的弊端，更好地滿足醫(yī)藥化工行業(yè)的生產(chǎn)需求。

1 小口徑PFA襯里耐負(fù)壓電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)

1.1 小口徑PFA襯里電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)

在醫(yī)藥化工領(lǐng)域液體流量測(cè)量著重強(qiáng)調(diào)測(cè)量的精準(zhǔn)度，因此加入小口徑 PFA 襯里，設(shè)計(jì)耐負(fù)壓內(nèi)流式電磁流量計(jì)。新型電磁流量計(jì)的主要組件包括PFA 襯里、磁硅鋼片組件、法蘭導(dǎo)管、線圈組件、外壓電極、彈簧壓緊組件、錐形孔環(huán)套、包板和焊接連接座等，其組成結(jié)構(gòu)具體圖像如圖1所示。

shou先，在小口徑PFA襯里填充入錐形孔環(huán)套的錐形孔，將錐形孔環(huán)套擠壓安裝進(jìn)法蘭導(dǎo)管組件內(nèi)部，利用線圈和螺絲將其組件固定在法蘭導(dǎo)管上。在兩個(gè)線圈組件外側(cè)利用磁硅鋼片固定覆蓋，連接相鄰組件，使用彈簧壓緊組件和PFA襯里將外壓電極密封固定在內(nèi)部，用扎帶將電極線、線圈引線捆綁固定，用套管保護(hù)引線，利用焊接連接將包板固定在法蘭導(dǎo)管組件外壁的側(cè)板上。選用這種小口徑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以將錐形孔環(huán)套相連接，形成組合環(huán)套嵌入法蘭導(dǎo)管，形成緊貼內(nèi)壁的小口徑襯里，施工工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)要求難度不高。襯里材質(zhì)選用PFA耐高溫材料，可適用于高溫液體的流量測(cè)量，而且該材料性質(zhì)穩(wěn)定，質(zhì)量?jī)?yōu)良，可以很好的加工成型，且對(duì)環(huán)境具有較高的適應(yīng)性，耐熱耐磨損，降低加工與運(yùn)輸過(guò)程中的損耗，有利于節(jié)約成本。將外壓電極通過(guò)彈簧壓緊組件由外向內(nèi)逐步壓緊固定，選用延展性優(yōu)良的PFA材料固定密封線圈，具有很好的密封性能，可以有效防止液體泄漏[2]。電磁流量計(jì)需要在法蘭導(dǎo)管外部裝置線圈磁場(chǎng)，并利用磁硅鋼片連接控制，使電磁回路保持穩(wěn)定狀態(tài)，減少外部干擾噪聲信息對(duì)電磁測(cè)量精度的影響，并在導(dǎo)管外壁安裝包板與測(cè)量底座焊接固定，進(jìn)一步增強(qiáng)電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性與安全性，減少物理環(huán)境變化對(duì)測(cè)量效果的影響，多方面增強(qiáng)流量測(cè)量保障，能夠有效提高電磁流量計(jì)耐負(fù)壓性能，增強(qiáng)測(cè)量精準(zhǔn)度與可靠性。

 

1.2 新型電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)有益效果

這種新型電磁流量計(jì)在制藥與化工行業(yè)具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，從結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)的有益效果有以下幾點(diǎn)。

地衣，選用PFA材料為襯里，設(shè)計(jì)小口徑耐負(fù)壓的電磁流量計(jì)，采用內(nèi)流式結(jié)構(gòu)，減少外部環(huán)境與干擾噪聲對(duì)液體測(cè)量的影響，使流量計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果更加精準(zhǔn)；

第二，選用 PFA 材質(zhì)更加耐高溫，耐腐蝕，材料質(zhì)量更加優(yōu)良，適用于測(cè)量性質(zhì)不穩(wěn)定的醫(yī)藥化工液體材料，能夠更好的保障材料與流量計(jì)的材質(zhì)穩(wěn)定性，進(jìn)而保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠；

第三，采用組合錐孔環(huán)套在導(dǎo)管襯里形成倒三角結(jié)構(gòu)，在外部作用力影響下會(huì)向內(nèi)壁施加一個(gè)反作用力，使環(huán)套更加貼緊導(dǎo)管，增強(qiáng)抗負(fù)壓性能，有效提升電磁流量計(jì)整體的安全防護(hù)性能。第四，磁硅鋼片連接線圈組件能夠進(jìn)一步穩(wěn)定電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，并在線圈外部包板的保護(hù)下，弱化環(huán)境對(duì)磁場(chǎng)的影響，同時(shí)還能減少物理碰撞對(duì)電磁流量計(jì)內(nèi)部零件的干擾和破壞，有效保障流量計(jì)液體測(cè)量的安全可靠，從而提高特殊液體材料監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度[3]。

 

2、工作流程

電磁流量計(jì)的工作機(jī)理是，在進(jìn)行液體測(cè)量時(shí)，電磁流量計(jì)采用雙發(fā)射磁極與雙測(cè)量電極結(jié)構(gòu)形式，發(fā)射電磁信號(hào)與流動(dòng)液體直接接觸反射到導(dǎo)管周圍外壁上，導(dǎo)管管道分布大量感應(yīng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)線圈包裹電磁感應(yīng)芯片，可以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所以當(dāng)液體從流量計(jì)管道內(nèi)部經(jīng)過(guò)時(shí)交變磁場(chǎng)會(huì)發(fā)射切割磁力線，磁場(chǎng)接收磁力線形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并對(duì)液體流量信息進(jìn)行測(cè)量與傳輸[4]。

 

因此，可以通過(guò)導(dǎo)入電磁流量計(jì)各部件參數(shù)，在計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬程序中構(gòu)建流量計(jì)的仿真模型，根據(jù)制藥化工行業(yè)液體測(cè)量設(shè)備要求標(biāo)準(zhǔn)，獲取并測(cè)量部分流量樣本的標(biāo)準(zhǔn)差、平均值、變異系數(shù)等關(guān)鍵概念參數(shù)，計(jì)算研究電磁流量計(jì)內(nèi)部磁場(chǎng)分布結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立電磁流量計(jì)仿真模型。流量計(jì)導(dǎo)管口徑選擇需根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)領(lǐng)域電磁流量計(jì)測(cè)量范圍進(jìn)行擇優(yōu)，因?yàn)獒t(yī)藥化工領(lǐng)域液體測(cè)量往往屬于小規(guī)模高精準(zhǔn)液體測(cè)量，根據(jù)不同口徑流量計(jì)滿量流速范圍，選擇適用于制藥行業(yè)的#佳流量計(jì)導(dǎo)管口徑，設(shè)置流量測(cè)量范圍上限為 100m³/d，分別對(duì)8mm、10mm、15mm 口徑的流量計(jì)液體流速進(jìn)行測(cè)量，得到口徑大小與流速的關(guān)系如表1所示。

醫(yī)藥化工領(lǐng)域電磁流量計(jì)硬件要求指標(biāo)要求流量計(jì)耐壓度為 35MPa，流量可承受范圍為 0~120m³/d，計(jì)算精度誤差不超過(guò) 2%。根據(jù)以上性能條件，根據(jù)組件參數(shù)具體安裝小口徑 PFA 襯里耐負(fù)壓電磁流量計(jì)。地衣，按照小口徑參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)加工法蘭導(dǎo)管，精細(xì)化端面環(huán)形槽。利用液壓機(jī)將尺寸匹配的錐形孔環(huán)套，壓入法蘭導(dǎo)管內(nèi)部，相鄰環(huán)套保持間距相等。注意安裝時(shí)應(yīng)避開(kāi)電極安裝位置，防止干涉電磁部件安裝組織；第二，將PFA材料高溫模壓成形，使襯里能夠完全嵌入錐形孔環(huán)套，并與法蘭導(dǎo)管緊密貼合。其中，導(dǎo)管端面上的梯形環(huán)形槽需要由PFA材料襯里填充嚴(yán)密，并進(jìn)行壓力檢測(cè)，確保襯里具有良好的耐負(fù)壓性能；第三，利用彈簧組件將外壓電極壓緊密封，通過(guò)線圈組件安裝磁片，直到形成穩(wěn)定磁場(chǎng)后，將線圈固定在法蘭導(dǎo)管外壁螺柱上；第四，在線圈外部覆蓋磁硅鋼片并固定在螺柱上，線圈與磁硅鋼片之間相連接，用電極線和保護(hù)套固定住，并在外側(cè)板焊接安裝包板，保護(hù)電磁回路，防止受到外部高噪聲干擾。第五，對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行負(fù)壓試驗(yàn)和流量監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，不斷調(diào)整優(yōu)化各組件結(jié)構(gòu)，檢驗(yàn)合格后完成流量計(jì)安裝制作，可投入相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行工作。根據(jù)上述步驟和配件型號(hào)參數(shù)，設(shè)計(jì)小口徑耐負(fù)壓電磁流量計(jì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求完成安裝實(shí)施步驟。本研究在設(shè)計(jì)與安裝環(huán)節(jié)需專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)配合，在遵循實(shí)際的前提下，不斷修改調(diào)整設(shè)計(jì)思路和搭配方案，設(shè)計(jì)出符合當(dāng)下醫(yī)藥化工應(yīng)用需求的高精度耐負(fù)壓電磁流量計(jì)。

3、實(shí)驗(yàn)研究

為了檢驗(yàn)新型小口徑 PFA 襯里耐負(fù)壓流量計(jì)工作性能，選用適當(dāng)液體樣本進(jìn)行實(shí)踐測(cè)量與評(píng)估，將電磁流量計(jì)進(jìn)行保密封裝，確保儀器保護(hù)完好后放入測(cè)量液體中，持續(xù)向儀器供電監(jiān)測(cè)，不斷控制調(diào)整儀器可容流量大小，設(shè)置間隔時(shí)間為2分鐘記錄電磁流量計(jì)液體流動(dòng)頻率，得到流量計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如表 2 所示。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以明顯看出，隨著監(jiān)測(cè)液體流量的不斷增加，電磁流量計(jì)輸出頻率也隨之增加，二者之間呈正向的線性相關(guān)關(guān)系。記錄不同監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化情況，排除重復(fù)性誤差監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)模擬程序取重復(fù)數(shù)據(jù)的平均值，將各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量所得流量數(shù)據(jù)，與所釋放的標(biāo)準(zhǔn)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，綜合方差與標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算流量監(jiān)測(cè)滿量程誤差，得到#大誤差數(shù)據(jù)為 0.15%，在醫(yī)藥化工行業(yè)液體測(cè)量誤差要求標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。因此，小口徑PFA襯里耐負(fù)壓電磁流量計(jì)在特殊液體測(cè)量精準(zhǔn)度方面能夠良好滿足實(shí)際應(yīng)用需求。面對(duì)實(shí)驗(yàn)前后電磁流量計(jì)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，查看導(dǎo)管內(nèi)外部組件是否收到液體侵蝕或擠壓損壞。根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢查與評(píng)估結(jié)果可知，PFA襯里耐壓電磁流量計(jì)硬件結(jié)構(gòu)完好，各部件組織并無(wú)損壞。由此可見(jiàn)，采用高延展性的PFA耐高溫材料可以有效提高電磁流量計(jì)耐負(fù)壓性能，增強(qiáng)流量計(jì)質(zhì)量穩(wěn)定性和操作安全性，經(jīng)過(guò)口徑優(yōu)化后的PFA材料電磁流量計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)更適用于具有材料特殊性的醫(yī)藥化工領(lǐng)域。

綜上所述，針對(duì)醫(yī)藥化工領(lǐng)域?qū)Ω呔�度耐�?fù)壓電磁流量計(jì)的需求現(xiàn)狀，提出并研究了一種小口徑 PFA襯里耐負(fù)壓電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出以下結(jié)論。地衣，采用內(nèi)流式液體測(cè)量結(jié)構(gòu)，選用 PFA 耐高溫材料制作流量計(jì)導(dǎo)管襯里，能夠有效減少外部環(huán)境與高噪聲的干擾影響，有利于提高流量計(jì)測(cè)量精準(zhǔn)度；第二，管內(nèi)錐孔環(huán)套為倒三角結(jié)構(gòu)，在外部作用力影響下會(huì)向內(nèi)壁施加一個(gè)反作用力，使環(huán)套更加貼緊導(dǎo)管，增強(qiáng)抗負(fù)壓性能，有效提升電磁流量計(jì)整體的安全防護(hù)性能；第三，磁硅鋼片連接線圈組件能夠進(jìn)一步穩(wěn)定電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，并在線圈外部包板的保護(hù)下，減少外部干擾對(duì)電磁流量計(jì)的影響和破壞，有效保障電磁流量計(jì)測(cè)量的安全性可靠性。