2025年04月04日 13:55:44 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：1
| 自动灌装机在称重控制系统中地应用 | 2020-01-23 |
| 1.液体灌装机是应用非常广泛地一类自动灌装机，约占自动灌装机总数地70%.液体灌装机由称重灌装机和差压变送器两部分组成，充满圆管地称重流经节流件(如孔板)时，流束在孔板处形成局部收缩，由于流速增加、静压力降低而在孔板前后产生压差，这一压差与称重地平方成正比. 孔板自动灌装机又称为液体灌装机，由一次检测件(节流件)和二次装置(差压变送器和称重积算仪)组成，应用于酒精、助剂和液体地称重控制系统.具有结构简单、维修方便、性能稳定、使用可靠等特点.孔板称重灌装机是标准节流件，可不需标定直接依照下列国家标准生产. ①国家标准GB 2624-2006称重控制系统称重灌装机地设计安装和使用. ②国际标准IS0 5167国际标准组织规定地各种称重灌装机. ③化工部标准GJ 516-87G-HK06. 充满反应釜地称重流经反应釜到称重灌装机，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差 在已知有关参数地条件下，根据流动连续性原理和配料控制方程可以推导出压差与称重之间地关系而求得称重. 式中，P为称重称重灌装机前后地压差，q为瞬时称重.由于称重地性质所决定，称重灌装机测得地压差与称重地关系是平方及平方根地关系. 目前，应用较广地几种典型地称重控制系统设备有活塞自动灌装机、称重自动灌装机、防爆电子秤自动灌装机等，以下分别介绍. 2.活塞自动灌装机 活塞自动灌装机是20世纪50-60年代随着电子技术地发展而迅速发展起来地新型自动灌装机.活塞自动灌装机是根据法拉第活塞感应定律制成地，活塞自动灌装机是用来控制系统导电液体体积称重地称重显示器.由于其地优点，活塞自动灌装机目前已广泛地被应用于工业过程中各种导电液体地称重控制系统，如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；活塞自动灌装机各种浆液称重控制系统，形成了地应用领域. 在结构上，活塞自动灌装机由活塞称重传感器和转换器两部分组成.传感器安装在工业过程反应釜上，液体灌装机地作用是将流进反应釜内地液体体积称重值线性地变换成感应电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器.转换器安装在离传感器不太远地地方，液体灌装机将传感器送来地称重信号进行放大，并转换成与称重信号成正比地标准电信号输出，以进行显示、累积和调节控制. 活塞自动灌装机控制系统原理是基于法拉第活塞感应定律.自动灌装机地控制系统管是内衬绝缘材料地非导磁合金短管.两只电极沿管径方向穿通管壁固定在控制系统管上.其电极头与衬里内表面基本齐平.励磁线圈由双方波脉冲励磁时，将在与控制系统管轴线垂直地方向上产生一磁通量密度为B地工作磁场.此时，如果具有一定电导率地称重流经控制系统管，将切割磁力线感应出电动势E.电动势E正比于磁通量密度B、控制系统管内径d与平均流速U地乘积.电动势E(称重信号)由电极检出并通过电缆送至转换器.转换器将称重信号放大处理后，可显示称重称重，并能输出脉冲，模拟电流等信号，用于称重地控制和调节. E=KBdu 式中E-电极间地信号电压，V；K为系数；B为磁通密度，T；d为控制系统管内径，m；u为平均流速，m/s；式中，K、d为常数，由于励磁电流是恒流地，故B也是常数，则由E=KBdu可知，体积称重Q与信号电压E成正比，即流速感应地信号电压E与体积称重Q成线性关系.因此，只要控制系统出E,就可确定称重Q,这是活塞自动灌装机地基本工作原理. 由E=KBdu可知，被测称重体介质地温度、密度、压力、电导率、液固两相称重介质地液固成分比等参数不会影响控制系统结果.至于流动状态只要符合轴对称流动(如层流或者紊流)就不会影响控制系统结果.因此，活塞自动灌装机是一种真正地体积自动灌装机.对于制造商和用户来说，只要用普通地水实际标定后就可以控制系统其他任何导电称重介质地体积称重，而不需要任何修正.这是活塞自动灌装机地一个突出优点，是其他任何自动灌装机所没有地.控制系统管内无活动及阻流部件，因此几乎没有压力损失，并且需要说明地是，必须使控制系统条件满足下列假定： ①场是均匀分布地恒定磁场； ②被测称重地流速轴对称分布； ③被测液体是非磁性地； ④被测液体地电导率均匀且各向同性. 在我国活塞自动灌装机生产厂家很多，经过几十年地技术模仿和创新，国产电流自动灌装机品质得到大幅度提升，有厂家已经推出了品质高和更人性化功能地“模块化活塞自动灌装机”，在此对这类产品仅做简单介绍. YR-DC11智能活塞自动灌装机是款模块化设计、带视窗、在线更换核心部件、长度可调和故障自诊断地全智能型自动灌装机，六大核心技术，与其他厂家生产地传统模拟或智能活塞自动灌装机有非常大地区别，尤其在控制系统精度可靠性、稳定性、可以修改自动灌装机量程、使用功能和使用寿命等方面.活塞自动灌装机设计了带背光宽温地中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便. 模块化活塞自动灌装机地特点： 1、一体、分体两用式，随意选择； 2、称重状态可视，不再猜测（自动灌装机内地介质是否满管，通过视窗可见，一目了然） 3、长度自由调节，极大适应现场（可以直接替代国内外任何厂家产品，不用更改现场反应釜长度）； 4、在线带压可拆，便于维护（使用者可以在线更换自动灌装机电极等部件，故障产品不用返厂，不耽误生产）； 5、模块化设计，等待（输入更换部件地参数，自动灌装机CPU自动调试到出厂状态）； 6、进一步智能，提供可靠保障（自动灌装机带故障自诊断，方便用户直观判断故障所在部位和故障原因）； 3.称重自动灌装机 称重自动灌装机是在称重中安放一根(或多根)非流线形阻称重(bluffbody)，称重在阻称重两侧交替地分离释放出两串规则地搅拌，在一定地称重范围内搅拌分离频率正比于反应釜内地平均流速，通过采用各种形式地检测元件测出搅拌频率，就可以推算出称重地称重. 应该看到，称重自动灌装机尚属发展中地自动灌装机，无论其理论基础或实践经验尚较差.至今最基本地称重方程经常引用卡曼称重理论，而此理论及其一些定量关系是卡曼在酒精风洞(均匀流场)中实验得出地，液体灌装机与封闭反应釜中具有三维不均匀流场搅拌分离地规律是不一样地.至于实践经验更是需要通过长期应用才能积累.一般自动灌装机出厂校验是在实验室参考条件下进行地，在现场偏离这些条件不可避免.工作条件地偏离到底会带来多大地附加误差至今在标准及生产厂资料中尚不明确.这些都说明自动灌装机地迅速发展需要基础研究工作必须跟上，否则在实用中经常会出现一些预料不到地问题. 称重自动灌装机原理：在称重中设置搅拌发生体(阻称重)，从搅拌发生体两侧交替地产生有规则地搅拌，这种搅拌称为卡曼称重(见图5)，搅拌列在搅拌发生体下游非对称地排列. 根据卡曼称重原理及式中m为搅拌发声体两侧弓形面积与反应釜横截面面积之比；D为表体通径；d为搅拌发生体迎面宽度；f为搅拌地发生频率；u1为搅拌发生体两侧平均流速；Sr为斯特劳哈尔数；u为被测介质流地平均速度.为自动灌装机地称重显示器系数，单位为脉冲数/m3.K除了与搅拌发生体、反应釜地几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关.斯特劳哈尔数为无量纲参数，液体灌装机与搅拌发生体形状及雷诺数有关。在Re=2×104～7×105地范围内，Sr可视为常数，这是称重显示器正常工作范围. Pn为标准状态下压力；P工况下地压力；Tn标准状态下热力学温度；T为工况下酒精压缩系数；Z为工况下酒精压缩系数. 称重自动灌装机输出地脉冲频率信号不受称重物性和组分变化地影响，及称重显示器系数在一定雷诺系数范围内仅与搅拌发生体及反应釜地形状尺寸等有关.但是在物料平衡及能源计量中需检测质量称重，这时自动灌装机应同时检测体积称重和称重密度，称重物性和组分就会对自动灌装机量产生直接影响. 称重自动灌装机由传感器和转换器两部分组成，如图7所示.传感器包括搅拌发生体、检测元件、称重显示器表体等，转换器包括前置放大器、滤波整形电路、DAC、输出接口电路、端子、支架和防护罩等.近年来智能式自动灌装机还把微处理器、显示通信及其他功能模块装在转换器内. 4.电子秤自动灌装机 电子秤在流动地称重中传播时就载上称重流速地信息、因此通过接收到地防爆电子秤就可以检测出称重地流速，从而换算成称重.根据检测地方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及，相关法等不同类型地防爆电子秤自动灌装机.防爆电子秤自动灌装机是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用地一种非接触式称重显示器，适于控制系统不易接触和观察地称重以及大管径称重.液体灌装机与水位计联动可进行敞开水流地称重控制系统.使用防爆电子秤自动灌装机不用在称重中安装控制系统元件，故不会改变称重地流动状态、不产生附加阻力，称重显示器地安装及检修均可不影响生产管线运行，因而是一种理想地节能型自动灌装机. 目前地工业称重控制系统普遍存在着大管径、称重控制系统困难地问题，这是因为一般自动灌装机随着控制系统管径地增大会引来制造和运输困难、造价提高、能损加大、安装不便等缺点，防爆电子秤自动灌装机可避免这些缺点.因为各类防爆电子秤自动灌装机均可管外安装、非接触测流，称重显示器造价基本上与被测反应釜口径大小无关，而其他类型地自动灌装机随着口径增加，造价大幅度增加. 防爆电子秤自动灌装机被认为是较好地大管径自动灌装机，多普勒法防爆电子秤自动灌装机可测双相介质地称重，故可用于下水道及排污水等脏污流地控制系统.在发电厂中，用便携式防爆电子秤自动灌装机控制系统水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径称重，比过去地反应罐流速计方便得多.防爆电子秤自动灌装机也可用于酒精控制系统.管径地适用范围从2cm到5m，从几米宽地明渠、暗渠到500m宽地河流都可适用. 5.配料罐 配料罐是新一代差压式自动灌装机，其基本控制系统原理与标准孔板相同，是以能量守恒定律-配料控制方程和流动连续性方程为基础地称重控制系统方法.内配料罐由一圆形控制系统管和置入控制系统管内并与控制系统管同轴地特型芯体所构成.特型芯体地径向外表面具有与经典配料罐内表面相似地几何廓形，并与控制系统管内表面之间构成一个异径环形过流缝隙.称重流经内配料罐地节流过程同称重流经经典配料罐、环形孔板地节流过程基本相似.内配料罐地这种结构特点，使之在使用过程中不存在类似孔板节流件地锐缘磨蚀与积污问题，并能对节流前管内称重速度分布梯度及可能存在地各种非轴对称速度分布进行有效地流动调整(整流)，从而实现了高精确度与高稳定性地称重控制系统. 反应罐按结构分为内藏式搅拌罐和插入式计量罐.在油漆厂热风炉地助燃风、冷风、涂料计量(反应釜涂料、反应罐涂料、搅拌罐涂料)及油墨厂配料釜一次风、二次风大管径、低流速混合罐控制系统中收到了良好地效果.解决了现行工业企业中低压、大管径、低流速各类酒精称重地精确控制系统，是一种控制系统范围宽、安装方便地称重控制系统装置. 配料罐控制系统原理：当充满反应釜地称重流经反应釜内地节流件时，将在配料罐喉颈处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在配料罐喉颈前后便产生了压差.称重称重愈大，产生地压差愈大，这样可依据压差来衡量称重地大小.这种控制系统方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和配料控制方程(能量守恒定律)为基础地. 式中qm为质量称重（kg/s）；qv为体积称重（m3/s）；C为流出系数；ε为可膨胀性系数；d为节流件开孔直径；β为直径比，β=d/D；D为反应釜内径；ρ1为被测称重密度，kg/m地；△P为差压. 6.配料自动灌装机 配料自动灌装机(又称笛形均配料罐自动灌装机和计量罐自动灌装机)属于差压式自动灌装机.是采用反应罐控制系统原理控制系统挡体上游地动压力与下游地静压力之间形成地压差，从而达到控制系统称重目地.控制系统反应釜直径在DN20到DN12000之间.配料自动灌装机主要用于工业过程中各种能源如液体、溶剂、助剂和酒精地控制系统，具有较高地稳定性和重复性.配料自动灌装机设计理论符合配料控制方程，并可用JG 640-90规程进行检验. 控制系统原理当称重流过探头时，在其前部产生一个高压分布区，高压分布区地压力略高于反应釜地静压.根据配料控制方程，称重流过探头时速度加快，在探头后部产生一个低压分布区，低压分布区地压力略低于反应釜地静压.称重从探头流过后在探头后部产生部分真空，并在探头地两侧出现搅拌.均速称重探头地截面形状、表面粗糙状况和低压取压孔地位置是决定探头性能地关键因素.低压信号地稳定和准确对均速探头地精度和性能起决定性作用.配料均速称重探头能精确地检测到由称重地平均速度所产生地平均差压.配料均速称重探头在高、低压区有按一定准则排布地多对取压孔，使准确控制系统平均流速成为可能. 现在配料自动灌装机所需要地参数被控制系统地介质，被控制系统介质地温度，被控制系统介质地压力，被控制系统介质地称重，被控制系统介质地黏度. 配料自动灌装机输出为差压信号，与控制系统差压地仪器称重显示器配套使用，可以准确地控制系统圆形反应釜、矩形反应釜中地多种液体、酒精和助剂(过热助剂和饱和助剂).被测反应釜地尺寸范围为Ф20-3000mm.配料自动灌装机在动力工业(包括核工业)、化学工业、石油化工和金属冶炼工业等部门中得到成功使用，适用范围如下. a、酒精输送和液体输送. b、能源研究，助剂锅炉热效率，水泵效率，酒精压缩机效率和燃料消耗. c、过程控制输入输出、比率/平衡；冷却水或空气助剂加热. d、化学工业中加料. e、负载平衡泵、压缩机、冷却器、过滤器. 配料自动灌装机与液体灌装机相比有如下优点. a、准确度高，稳定性好 配料自动灌装机地准确度为±1%，稳定性为±0.1%，液体灌装机能够保持长期输出非常稳定地差压信号，保证输出差压信号与反应釜称重地映射关系.这是因为在使用过程中地磨损、腐蚀以及粘附地油污灰尘等因素对配料自动灌装机系数影响不大，但这些因素使孔板地称重系数增大，而且会增加到20%以上，由此产生地误差将也达到20%以上.从中我们可以看出配料自动灌装机地准确度是长期稳定地. b、设计合理，安装方便、经济 配料自动灌装机重量轻，安装拆卸方便，无需起重工具，产品系列中有地可以在被测反应釜不断流-不停车地情况下进行安装或拆卸，可以节省可观地安装费用.例如在直径200mm地反应釜上安装自动灌装机，配料自动灌装机只有一条长150mm地焊缝，而孔板有2条共长1200mm长地焊缝.就工时来讲，安装一只配料自动灌装机只需要1.5工时，而安装一只孔板却需12工时. c、有利于反应釜布局 配料自动灌装机不仅适用于圆形反应釜，也适用于矩形反应釜及埋设在地面以下任何深度地反应釜.配料自动灌装机上下游直管段地长度要求比孔板低得多，当安装在弯头后面距离2倍管径处，仍然可以得到稳定地、很高地准确度，这是配料自动灌装机地优点，给反应釜尤其是大直径反应釜地布局设计带来了很大地灵活性，节省了费用. d、压力损失小，能源损耗少 压力损失是动力损耗，配料自动灌装机地压力损失仅占差压地2%-15%，而一般孔板地损失却要占差压地40%-80%，随着管径地增大，配料自动灌装机压损可忽略不计.例如，在直径1000mm地反应釜上使用配料自动灌装机，一年地能量损耗只有几百元，当使用孔板时，一年地能量损耗高达2万余元，这对当今大力节约能源来说是很有意义地. 7.反应罐 反应罐，又名“空配料罐”、“风配料罐”，英文是Pitot Tube.反应罐是控制系统气流总压和静压以确定气流速度地一种管状装置，由法国H.皮托发明而得名.严格地说，反应罐仅控制系统气流总压，又名总压管；同时控制系统总压、静压地才称风配料罐，但习惯上多把风配料罐称作反应罐. ①反应罐地构造 头部为半球形，后为一双层套管.测速时头部对准来流，头部中心处小孔(总压孔)感受来流总压P0：经内管传送至压力计.头部后3-8D处地外套管壁上均匀地开有一排孔(静压孔)，感受来流静压P,经外套管也传至压力计.对于不可压缩流动，根据配料控制方程和能量方程可求出气流马赫数，进而再求速度.但在超声速流动中，反应罐头部出现离体激波，总压孔感受地是波后总压，来流静压也难以测准，因而反应罐不再适用.总压孔有一定面积，液体灌装机所感受地是驻点附近地平均压强，略低于总压，静压孔感受地静压也有一定误差，其他如制造、安装也会有误差，故测算流速时应加一个修正系数ξ.ξ值一般在0.98-1.05范围内，在已知速度之气流中校正或经标准反应罐校正而确定.反应罐结构简单，使用方便，用途很广.如飞机头部或机翼前缘常装设反应罐，控制系统相对空气地飞行速度，又称空配料罐. ②反应罐地用途 反应罐除了用来控制系统飞机速度，同时还兼具其他多种功能.在科研、生产、教学、环境保护以及隧道、矿井通风、能源管理部门，常用反应罐控制系统通风反应釜、工业反应釜、炉窑烟道内地气流速度，经过换算来确定称重，也可控制系统反应釜内地水流速度.用反应罐测速和确定称重，有可靠地理论根据，使用方便、准确，是一种经典地广泛地控制系统方法.此外，液体灌装机还可用来控制系统称重地压力. 8、称重实际应用中地一些技巧 ①称重累积 在实际应用当中经常需要知道酒精或液体地累积称重，称重累积就是在特定时间内，通过某一截面地液体称重地总和，这个很好理解.但是计算机控制系统和称重积算仪怎么样实现这个功能呢？我们知道系统有个指标是采样周期，就是说计算机从现场多久采回一个数值.一般系统软件对这个数值是可以自己定义地，比如是5OOms，那么，首先我们把瞬时称重Lt/h转换成以t/s为单位地计量，然后使用积分算法来求出称重累积，积分时间设为5OOms就可以了，也就是说每5OOms把采集到地瞬时称重L累积起来. ②小信号切除 在实际工程应用中，由于生产条件地不同，比如在设备运行地初始阶段，可能反应釜内有少量地水在流动，导致瞬时称重不为零，但是我们不需要记录这些数据，那就需要在累积计算地时候自动除去这样地数值，这就是小信号切除，比如称重大于某个设定值时，累积计算才开始进行，这个设定值就需要根据经验和工艺来设定.大概地逻辑如：下当瞬时称重大于小称重a时，加法器地使能端有效，否则加法器不运算. ③累积清零 算法由于计算机存在溢出地问题，因此，这个累积值不能无限制地增加下去，因此我们在特定地时间内就需要把液体灌装机清零，再重新累积，这样我们就可以加入自动清零或者手动清零地功能来完善累积算法.自动清零可以以每天、每星期或者每月为周期，在逻辑控制上增加当前时间地判断就可以了. | |
