高溫液體流量檢測系統及其在鋅精餾中的應用

時間：2023-05-01 12:28:45 電子通信論文我要投稿

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摘要：鑒于高溫液體的流量難以直接檢測，利用軟測量技術，提出了一種間接檢測流量的方法——稱重法。該方法根據流體力學中孔中出流的基本原理，得出重量與流量之間的數學模型，然后通過檢測到的重量計算流量。該流量檢測系統已成功地應用于某冶煉廠的鋅精餾過程。實際運行結果表明，該方法的精度達到1.5%，滿足實際生產要求。

關鍵詞：高溫液體流量檢測軟測量技術孔口出流稱重傳感器

在有色金屬冶煉過程中，金屬液體的流量是一個非常重要的工藝參數。例如在鋅的精餾過程中，鋅液流量的穩定與否直接影響精餾塔的壽命，而且對精鋅的純度及有價金屬的回收率有著很大的影響。因此，采用合理的檢測手段，精確地檢測鋅液流量，就成了鋅冶煉廠亟待解決的問題。然而，在實際生產中，鋅液的溫度非常高（一般在600～650℃之間），而且具有較強的腐蝕性，因此不可能用一般的流量計檢測其流量。雖然現在有許多高溫流量計問世，但是還沒有見到能夠檢測600℃以上流體流量的儀表的報道。

軟測量技術就是通過軟件的手段，實現對那些重要而又難以直接檢測的變量的在線檢測。其基本原理是根據某些最優準則，選擇一組在工業上容易檢測而且與主導變量（Primary Variable,即待測變量）有密切關系的輔助變量（Secondary Variable），通過構造某種數字關系，用計算機軟件實現對主導變量的在線估計。目前，人們對軟測量技術進行了廣泛的研究，并取得了很大的成果[2～4]。

本文利用軟測量技術，提出一種間接檢測流量的方法——稱重法。它以流體力學中孔口出流基本原理為依據，分析了影響流量的主要因素——液位高度（即液體重量）對流量的影響；通過孔口出流試驗，獲得不同重量下的流量值，然后利用最小二乘法，建立了流量與重量之間的數學模型，最后通過稱重傳感器檢測到的重量值計算實際的流量。

1 流量檢測原理

為了檢測從熔煉爐流入精餾塔的鋅液流量，在熔煉爐與精餾塔之間增加了一個過渡的方形流槽。鋅液從熔煉爐流入流槽，然后從其側壁的一個圓孔流出到精餾塔中。這樣，單位時間內從圓孔流出的鋅液重量就是所要檢測的鋅液流量。鋅液從流槽的圓孔中流出，從流體力學的觀點來看，實際上就是孔口出流。

1.1 孔口出流基本理論

液體經過孔口出流是一個廣泛應用的實際問題，其基本原理可以用圖1表示[1]。

容器中的液體在重力作用下，從其側壁的小孔流出，根據流體力學的理論，此時的體積流量可以用公式（1）表示：

式中，Cd表示流量系數，A表示小孔的面積，g為重力加速度，H為液位高度。

1.2 稱得法原理

由公式（1）可以看出，液體的體積流量Qv取決于流量系數Cd、孔口面積A及液位高度H。而影響Cd的主要因素是孔口雷諾數Re以及孔口形狀及面積。而雷諾數Re

[1] [2] [3] [4]

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