隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電磁流量計測量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種液體測量工作，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在測量時仍存在許多不足，流速慢、顆粒含量大、導(dǎo)電率低和粘稠性強的液體，測量結(jié)果往往存在較大誤差。針對以上問題，目前國內(nèi)大部分電磁流量計廠家選擇在常規(guī)電磁流量計外部增設(shè)陶瓷導(dǎo)管，或者購進國外陶瓷襯里電磁流量計。但這兩種方法都會增加流量計生產(chǎn)與運輸成本，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。購進國外電磁流量計不僅成本高昂，而且無法進行維修保養(yǎng)[1]。

 

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

1 小口徑PFA襯里耐負壓電磁流量計結(jié)構(gòu)

1.1 小口徑PFA襯里電磁流量計結(jié)構(gòu)

在醫(yī)藥化工領(lǐng)域液體流量測量著重強調(diào)測量的精準度，因此加入小口徑 PFA 襯里，設(shè)計耐負壓內(nèi)流式電磁流量計。新型電磁流量計的主要組件包括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量，而且該材料性質(zhì)穩(wěn)定，質(zhì)量優(yōu)良，可以很好的加工成型，且對環(huán)境具有較高的適應(yīng)性，耐熱耐磨損，降低加工與運輸過程中的損耗，有利于節(jié)約成本。將外壓電極通過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]。電磁流量計需要在法蘭導(dǎo)管外部裝置線圈磁場，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電磁測量精度的影響，并在導(dǎo)管外壁安裝包板與測量底座焊接固定，進一步增強電磁流量計的穩(wěn)定性與安全性，減少物理環(huán)境變化對測量效果的影響，多方面增強流量測量保障，能夠有效提高電磁流量計耐負壓性能，增強測量精準度與可靠性。

 

1.2 新型電磁流量計結(jié)構(gòu)有益效果

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

地衣，選用PFA材料為襯里，設(shè)計小口徑耐負壓的電磁流量計，采用內(nèi)流式結(jié)構(gòu)，減少外部環(huán)境與干擾噪聲對液體測量的影響，使流量計監(jiān)測結(jié)果更加精準；

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的材質(zhì)穩(wěn)定性，進而保證測量結(jié)果的準確可靠；

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向內(nèi)壁施加一個反作用力，使環(huán)套更加貼緊導(dǎo)管，增強抗負壓性能，有效提升電磁流量計整體的安全防護性能。第四，磁硅鋼片連接線圈組件能夠進一步穩(wěn)定電磁流量計的磁場設(shè)計，并在線圈外部包板的保護下，弱化環(huán)境對磁場的影響，同時還能減少物理碰撞對電磁流量計內(nèi)部零件的干擾和破壞，有效保障流量計液體測量的安全可靠，從而提高特殊液體材料監(jiān)測精準度[3]。

 

2、工作流程

電磁流量計的工作機理是，在進行液體測量時，電磁流量計采用雙發(fā)射磁極與雙測量電極結(jié)構(gòu)形式，發(fā)射電磁信號與流動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，磁場線圈包裹電磁感應(yīng)芯片，可以產(chǎn)生交變磁場，所以當液體從流量計管道內(nèi)部經(jīng)過時交變磁場會發(fā)射切割磁力線，磁場接收磁力線形成的感應(yīng)電動勢，并對液體流量信息進行測量與傳輸[4]。

 

因此，可以通過導(dǎo)入電磁流量計各部件參數(shù)，在計算機數(shù)字模擬程序中構(gòu)建流量計的仿真模型，根據(jù)制藥化工行業(yè)液體測量設(shè)備要求標準，獲取并測量部分流量樣本的標準差、平均值、變異系數(shù)等關(guān)鍵概念參數(shù)，計算研究電磁流量計內(nèi)部磁場分布結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立電磁流量計仿真模型。流量計導(dǎo)管口徑選擇需根據(jù)應(yīng)用目標領(lǐng)域電磁流量計測量范圍進行擇優(yōu)，因為醫(yī)藥化工領(lǐng)域液體測量往往屬于小規(guī)模高精準液體測量，根據(jù)不同口徑流量計滿量流速范圍，選擇適用于制藥行業(yè)的#佳流量計導(dǎo)管口徑，設(shè)置流量測量范圍上限為 100m³/d，分別對8mm、10mm、15mm 口徑的流量計液體流速進行測量，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)域電磁流量計硬件要求指標要求流量計耐壓度為 35MPa，流量可承受范圍為 0~120m³/d，計算精度誤差不超過 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 襯里耐負壓電磁流量計。地衣，按照小口徑參數(shù)標準加工法蘭導(dǎo)管，精細化端面環(huán)形槽。利用液壓機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。注意安裝時應(yīng)避開電極安裝位置，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材料襯里填充嚴密，并進行壓力檢測，確保襯里具有良好的耐負壓性能；第三，利用彈簧組件將外壓電極壓緊密封，通過線圈組件安裝磁片，直到形成穩(wěn)定磁場后，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，用電極線和保護套固定住，并在外側(cè)板焊接安裝包板，保護電磁回路，防止受到外部高噪聲干擾。第五，對電磁流量計進行負壓試驗和流量監(jiān)測試驗，不斷調(diào)整優(yōu)化各組件結(jié)構(gòu)，檢驗合格后完成流量計安裝制作，可投入相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域進行工作。根據(jù)上述步驟和配件型號參數(shù)，設(shè)計小口徑耐負壓電磁流量計優(yōu)化結(jié)構(gòu)，并結(jié)合實際應(yīng)用需求完成安裝實施步驟。本研究在設(shè)計與安裝環(huán)節(jié)需專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)配合，在遵循實際的前提下，不斷修改調(diào)整設(shè)計思路和搭配方案，設(shè)計出符合當下醫(yī)藥化工應(yīng)用需求的高精度耐負壓電磁流量計。

3、實驗研究

為了檢驗新型小口徑 PFA 襯里耐負壓流量計工作性能，選用適當液體樣本進行實踐測量與評估，將電磁流量計進行保密封裝，確保儀器保護完好后放入測量液體中，持續(xù)向儀器供電監(jiān)測，不斷控制調(diào)整儀器可容流量大小，設(shè)置間隔時間為2分鐘記錄電磁流量計液體流動頻率，得到流量計監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果如表 2 所示。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以明顯看出，隨著監(jiān)測液體流量的不斷增加，電磁流量計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)測節(jié)點數(shù)據(jù)變化情況，排除重復(fù)性誤差監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過模擬程序取重復(fù)數(shù)據(jù)的平均值，將各監(jiān)測節(jié)點測量所得流量數(shù)據(jù)，與所釋放的標準流量數(shù)據(jù)進行對比，綜合方差與標準差計算流量監(jiān)測滿量程誤差，得到#大誤差數(shù)據(jù)為 0.15%，在醫(yī)藥化工行業(yè)液體測量誤差要求標準范圍之內(nèi)。因此，小口徑PFA襯里耐負壓電磁流量計在特殊液體測量精準度方面能夠良好滿足實際應(yīng)用需求。面對實驗前后電磁流量計硬件結(jié)構(gòu)進行檢查，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)實驗檢查與評估結(jié)果可知，PFA襯里耐壓電磁流量計硬件結(jié)構(gòu)完好，各部件組織并無損壞。由此可見，采用高延展性的PFA耐高溫材料可以有效提高電磁流量計耐負壓性能，增強流量計質(zhì)量穩(wěn)定性和操作安全性，經(jīng)過口徑優(yōu)化后的PFA材料電磁流量計設(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，針對醫(yī)藥化工領(lǐng)域?qū)Ω呔�度耐負壓電磁流量計的需求現(xiàn)狀，提出并研究了一種小口徑 PFA襯里耐負壓電磁流量計結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，得出以下結(jié)論。地衣，采用內(nèi)流式液體測量結(jié)構(gòu)，選用 PFA 耐高溫材料制作流量計導(dǎo)管襯里，能夠有效減少外部環(huán)境與高噪聲的干擾影響，有利于提高流量計測量精準度；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向內(nèi)壁施加一個反作用力，使環(huán)套更加貼緊導(dǎo)管，增強抗負壓性能，有效提升電磁流量計整體的安全防護性能；第三，磁硅鋼片連接線圈組件能夠進一步穩(wěn)定電磁流量計的磁場設(shè)計，并在線圈外部包板的保護下，減少外部干擾對電磁流量計的影響和破壞，有效保障電磁流量計測量的安全性可靠性。