高温液体流量检测系统及其在锌精馏中的应用

度决定的。在实际生产中，温度变化范围是600～650℃。这样可以知道密度变化范围为6.81～6.77g/ml，运动粘度变化范围为0.3568～0.3261μm2/s。因为它们的变化很小，对流量影响不大，可以视其为常量（后面的试验结果可以证明，这样的简化是合理的，不会对模型精度产生很大的影响）。另外，流槽的尺寸是固定的，也就是说，流槽底面积和孔口直径也是常量。这样，流量就只与重量有关，可用数字式表示为：

QG=f(G)    （4）

因此，只要找出流量与重量之间的关系，就可将流量检测问题转化成了重量检测问题。而重量的测量是比较容易的，这就是称重法的基本原理。

2 流量模型的拟合

2.1 孔口出流试验

为了找出流槽中锌液的流量与重量之间的关系，我们做了如下的孔口出流试验。先在流槽中装满锌液，然后打开圆孔，让锌液自由的流出。在锌液流出过程中，不停地测量流槽中锌液（高于小圆孔位置的那部分锌液）的重量。试验中，每隔一秒钟测量一次，直到流槽中锌液的液位与孔口持平（即锌液重量接近于零，此时，锌液不再外流）。设锌液的重量用G（t）表示，则其流量QG(t)可以表示为：

QG（t）=(d/dt)G(t)     (5)

由于试验中，采样间隔为1s，所以，锌液流量可以近似的表示为：

QG（t）=G(t)-G(t+1)     (6)

式中，G（t）、G（t+1）分别表示t和t+1时刻的锌液重量。这样，就可以得出在t时刻，锌液重量为G（t）时锌液的流量值。

2.2 模型拟合

由前面的分析可以看出，重量（也就是液位高度）与流量之间的关系非常复杂，很难用一个简单的数字表达式来描述。而在实际生产中，重量只有在一个比较窄的范围内波动，超过这个范围的情况对我们来说是没有意义的。因此，为了简化问题，我们只考虑这个范围内的情况，这样可以用一个二元多项式函数来近似的描述两者之间的关系。即：

QG=a0+a1G+a2G2     (7)

式中，a0、a1和a2为待定的多项式系数。为了确定这些系数，采用最小二乘法，对孔口出流试验所获得的数据进行拟合，其拟合结果如图2所示。其中的不光滑曲线为试验数据，光滑曲线为拟合结果。其中的重量单位为kg，而流量单位为吨/班。拟合的结果为：

QG=6.01+0.26167G-0.000817G2     (8)

针对不同温度下（600～650℃之间）的锌液，做了另外四组孔口出流试验，其拟合结果如图3所示。从图中可以看出，五条拟合曲线非常接近。这样通过试验就证明了，当锌液温度变化不大时，其密度和运动粘度对流量的影响可以忽略，也就是说，将这两个参数视为常数是合理的。

3 实际系统的设计及应用

高温流量检测系统包括硬件和软件两个部分。

3.1 系统硬件结构

该系统利用称重传感器测量流槽中锌液的重量，然后根据系统试验所获得的数学模型在线估计流量的大小。其硬件装置主要包括称重传感器、变送器、数据采集卡和工业控制计算机，硬件结构框图如图4所示。

《高温液体流量检测系统及其在锌精馏中的应用(第2页)》