热门关键词:

电容式靶式流量计的研究与仿真

  • 该文件为pdf格式
  • 文件大小:554.52KB
  • 浏览次数
  • 发布时间:2014-10-05
文件介绍:

本资料包含pdf文件1个,下载需要1积分

文中主要介绍电容式靶式流量计的测量原理,建立流量测量的核心公式和水蒸汽密度补偿公式。[ 设计电容式靶式流量计硬件和软件程序,并采用 FLUENT仿真软件模拟圆盘形、圆锥形、球形3种靶片的受力、流体流经靶片的压力损失与被测流体质量流量的关系,为靶片形状的选择提供理论依据。

1 原理介绍如图 1所示,在管道的中心位置放置-个圆盘形靶。流体流动时冲击靶片,使靶片受到压力、流体压力差及粘滞摩擦力等的合力作用。当流量较大时,前两种力起主导作用 ,靶片的总受力 F可以表示为:2F (1)二式中:,为靶片受力;后为阻力系数;p为介质密度; 为流体平均流速;A为靶片面积。

由A耵 /4及流体质量 p· · ,流量计算关系为:1 -Q klk。D(寺-JB) F (2)1Qvklk D(音-卢) (3)式中:Q 为流体的质量流量,kg/h;Q 为流体的体积流量,m。/h;k。为常系数;k 为流量系数(/i );D为管道直径;卢为收稿日期:2012-04-23 收修改稿 日期:2012-12-15图1 靶式流量计原理靶片直径与管道内径之比。

当雷诺系数 R 大于2 030时,流量系数 k 趋向于常数,因此体积流量Q 和靶片所受作用力F的开方呈线性关系。

文献[5]求得电容式靶式流量计的流量公式:1 - Q ktk D(寺-卢),/,orPK jc xp0 (4)式中:P。为当前工况下的设计密度;K为流量公式简化后的比例系数。

当流体处于标准工况时,由式(2)可知质量流量 Q 与/F成正比关系;当流体偏离标准工况时,温度和压力的变化导致蒸汽密度的变化,蒸汽密度值的变化会对蒸汽的质量流量产生第3期 彭珍瑞等:电容式靶式流量计的研究与仿真 4l影响,因此在蒸汽流量计量中必须合理的引入温度、压力参数,对密度进行修正,修正后流量公式为:Qt m:K,/c xpK√C xpo xp/poK × (5) Q ×式中:Q 为补偿前的流量;Q 为补偿后的流量。

这样因为工况变化引起密度变化,进而产生的质量流量的误差被消除,从而提高测量的精确度。

选用IAPWS-IF97公式进行密度补偿 J。该公式将水和水蒸汽的不同状态分为 5个区域,每个区都有不同的计算公式。工业上最常用的压力 <16.65 MPa,温度 <600℃范围的过热蒸汽和饱和蒸汽分布在第2区和第4区。如图2所示,第2区和第4区适用于该公式。

MPa1000 350 800L K2273,15 I- - /℃2000图2 IAPWS-IF97公式分区2 硬件电路设计电容式靶式流量计的二次仪表电路拈分为 3块:靶片电容力信号处理拈、温度压力传感器拈、MSP430F149主控芯片及外围电路,如图 3所示。文中主要讨论第-块。

r - 。 - - - - 。- - - - 。 - - 1电源电压转换电路Ms 。F ∞厂而A/ DI I::厂而 . 。

兰 篓襄鼍 五 转换电路l,1I 曼塑,匝 4-2OmA电流输出L . .- ..- ..- . .- ..- - . .- . .- . .-!j图3 流量计硬件框图差动电容传感器的基础电容值为20 pF左右,差动电容值相比就更小,要测量如此小的电容,可以选用AD7745采集流量计电容传感器的电容信号。AD7745内部可以将采集的电容值直接进行数字转换,采用了ADI高精度∑-△技术,结合了24- bit解决方案,具有5 aF//Hz的低噪声性能。

图4为AD7745数字电容测量拈,差分模式工作,精度可达4 it(1 fF10 F),线性可达0.01%,其共模偏置电容可达17 pF,输入电容变化范围为 ±4.096 pF .若待测的电容输入范围超出了极限值,则可以采用扩大激励电压的方法增大测量范围,图4中1.8 V低功耗 CMOS运算放大器 AD8515作为低阻抗信号源,确保AD7745采样时输入电容 c、C-。

图4 AD7745数字电容测量拈已经充满电的同时,使得 AD7745第 3、4管脚的 EXCA、EXCB的激励电压减少F倍 ,F的计算公式为:, R54 R53 -130 120R 130 12025 (6) xcs 54 - 53 -- 式中: xcf - )为EXCA与 EXCB之间的激励电压差值; 为AD8515正输入端衰减激励信号。

可以保证输入电容 c、c-扩展至原来 AD7745规定量程±4.096 pF的F倍。设计的差动电容传感器基础电容为22pF,电容增量为基础电容的20%-25%,即(22±4.5)pF,这个范围在设计的±4.096×25±110 pF之内。

3 软件设计系统主程序流程如图5所示,系统的软件设计主要完成各种硬件的初始化,实现各种检测、修正、补偿等功能,以及看门狗的使用,在测量电容信号时采用平滑滤波的方法,保证流量计测量的准确性和稳定性。软件控制思想如下。

图5 软件流程图V第3期 彭珍瑞等:电容式靶式流量计的研究与仿真 43羹圈8 圆盘形速度向量图口0.7时的质量流量靶片的压力损失表,见表1。

jcO 0.1 0.2 0.3 o.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9质量流t/(kgG )圈9 D15ram O.8时靶片受力变化4003603::o28D24o20ol601208o40质量流量/(M.s- )圈l0 D100 nln O.7时靶片受力变化表1 D100 lun O.7时3种靶片的压力损失由表 1可知,量程比为38.484 5/3.927 0 10。3种靶片的压力损失都会在流体质量流量逐渐变大时相应变大,流体质量流量-定时,圆盘、圆锥形靶片的压力损失都大于球形靶片,但圆盘压力损失略大于圆锥形。由于圆锥形靶片与流体的接触面积大,流体经过圆盘形靶片后分离最严重,因而圆锥形靶片和圆盘形靶片都相比球形靶片对流体的扰动更大,因涡流导致的压力损失也更大。球形靶片由于表面相当光滑,流体流经球形靶片状态变化慢,所以球形靶片对流体的扰动小,因此涡流导致的压力损失也较校根据图9、图 l0,靶片的受力与流体质量流量成二次方关系,根据式(2)流体质量流量与靶片的受力开方成正比关系。

圆盘形靶片和圆锥形靶片适用于灵敏度要求很高的诚;球形靶片适合于灵敏度低、流量大的诚。从测量精度的角度,不希望靶片过多的影响流体的状态,影响越大,靶片周围的流体压力损失也越大。但压力损失小时,靶片的受力也小,流量计的灵敏度也小,所以流量灵敏度和压力损失相互制约,不可能同时满足没有哪- 种形状的靶片适用于任何工况,实验证明,靶式流量计的压力损失远比孔板和涡轮流量计小,应用范围更广。

5 结束语文中介绍的电容式靶式流量计结构简单可靠、流量公式计算简单。针对 pF级的微电容值测量精度难保证的问题,给出了集成度高的AD7745电容转换芯片测量微电容的解决方案。

另外通过传感器采集温度压力在软件上使用 IAPWS-I[97公式进行密度补偿,从而可以很好地提高水蒸汽流量测量的精度。流体流经靶片的压力损失比孔板和涡轮流量计小得多,量程比可达 10:1。圆盘形靶片和圆锥形靶片适用于灵敏度要求很高的诚;球形靶片适用于灵敏度低、流量大的诚,因此应采取不同诚选取相应形状靶片的针对性措施。

正在加载...请等待或刷新页面...
发表评论
验证码 验证码加载失败