高濃度粘稠物料壓力傳感裝置的研制與標(biāo)定

一、引言

高濃度粘稠物料的管道輸送系統(tǒng)已在煤泥管道遠(yuǎn)距離輸送中得到成功的應(yīng)用。為了更好地研究高濃度粘稠物料管道輸送特性，我們建立了高濃度粘稠物料管道輸送實(shí)驗(yàn)室。其目的之一是研究物料在管道輸送過程中的壓力損失，因此要在管路上安裝壓力傳感器以獲取管道輸送過程中的壓力值。

但由于高濃度粘稠物料具有高粘性、高磨損性等物理特性，普通的壓力傳感器不能很好的應(yīng)用。比如，一般的壓力傳感器的引壓孔很小，在測(cè)量粘稠物料時(shí)極易被堵塞，無法正確讀取壓力。而膜片式壓力傳感器為了保證壓力傳遞準(zhǔn)確，膜片一般做得非常薄，如果用于粘稠物料的壓力測(cè)量，短期內(nèi)就會(huì)把膜片磨破，且粘稠物料中的固體小顆粒在輸送過程中也很容易擊穿金屬膜片。因此，這種膜片式壓力傳感器只能短期、間斷式的用于粘稠物料的測(cè)試(比如在本文中，用這種傳感器作為標(biāo)準(zhǔn)傳感器與自制傳壓裝置進(jìn)行比較)。 因此，我們專門研制了一種新型的粘稠物料壓力傳感器，以用于解決此類問題。

二、高濃度粘稠物料管道壓力傳感裝置的結(jié)構(gòu)

該壓力傳感裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中短管兩端與輸送管道相連;碟型橡膠傳壓膜起隔離和傳壓的作用;油缸中充滿油;壓力變送器用于測(cè)量油壓。當(dāng)高粘稠物料經(jīng)過短管時(shí)，由于管路中存在一定的壓力，物料會(huì)充滿短管，并擠壓橡膠隔膜，橡膠隔膜把壓力傳遞給油缸內(nèi)的油，再用壓力變送器測(cè)出油缸內(nèi)的油壓，就可以間接得出管道中的壓力。為了檢驗(yàn)此壓力裝置是否能夠正確的測(cè)量管道輸送過程中的壓力，我們進(jìn)行了靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定。

三、壓力傳感裝置標(biāo)定試驗(yàn)

1、靜態(tài)標(biāo)定

靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)是在室溫、常壓下進(jìn)行的。所用標(biāo)定設(shè)備為活塞式壓力計(jì)，型號(hào)為YS-600，精度：0.05，測(cè)量范圍：0kgf/cm2~600 kgf/cm2(注：0~58.865MPa)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)利用連接法蘭(如圖2所示)把傳壓裝置安裝在活塞式標(biāo)定儀上，用標(biāo)準(zhǔn)的砝碼標(biāo)定該傳壓裝置。標(biāo)定總共進(jìn)行三次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

對(duì)同壓力下的六組數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，然后利用最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，我們就可以得到自制壓力傳感裝置的各項(xiàng)靜態(tài)特性。

2、動(dòng)態(tài)標(biāo)定

動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)是在室溫、常壓下進(jìn)行的，所用設(shè)備為AK-1脈動(dòng)式壓力變送器，測(cè)量范圍：0MPa ~25MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)。

管道輸送系統(tǒng)采用了雙缸液壓柱塞泵來輸送動(dòng)力，每個(gè)液壓行程為6s～40s，故對(duì)管道壓力傳感裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的要求并不高。但是由于雙缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間存在一個(gè)暫態(tài)換向過程，這就要求壓力傳感裝置應(yīng)能準(zhǔn)確地反映出換向過程的暫態(tài)特性，這樣才可認(rèn)為該壓力傳感裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性可以滿足管道輸送過程中測(cè)量的要求。為此采用了比較標(biāo)定法，即把一精度較高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性較好的膜片式壓力傳感器和自制傳壓裝置安裝于同一壓力測(cè)點(diǎn)，測(cè)試時(shí)將二者的壓力信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)并實(shí)時(shí)顯示。如果兩條數(shù)據(jù)曲線在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程中形狀一致，就可認(rèn)為壓力傳感裝置具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。為了能夠再顯示清楚，特意把標(biāo)準(zhǔn)傳感器的零點(diǎn)調(diào)高0.2MPa。圖3為在管道輸水實(shí)驗(yàn)時(shí)采集的兩傳感器的壓力信號(hào)曲線，上面的是標(biāo)準(zhǔn)傳感器的壓力曲線，下面的是自制傳壓裝置的壓力曲線。從圖中可以看出兩者在輸水過程中曲線具有很好的一致性。圖4為圖3的局部放大圖，反映了液壓缸換向過程中此測(cè)點(diǎn)的壓力情況，兩者在細(xì)微之處也具有很好的一致性。

圖5為管道輸送城市“脫水污泥”時(shí)采集的兩傳感器的壓力信號(hào)曲線，圖6為圖5的局部放大圖，為在液壓缸換向過程中兩壓力傳感器的曲線。從圖中也可以看出，兩個(gè)傳感器的曲線具有很好的一致性。

四、總結(jié)

經(jīng)過靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定比較，可以看出我們自制的壓力傳感裝置具有較高的精度和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，能夠很好的滿足高濃度粘稠物料管道輸送過程中壓力的測(cè)量。現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行過多次高濃度粘

稠物料(煤泥、脫水污泥、造紙廢渣污泥等)的管道輸送試驗(yàn)，試驗(yàn)效果都十分良好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉迎春等編著. 傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]. 國(guó)防科技大學(xué)出版社，1997年8月第三版

[2] 李進(jìn)軍，石成英. 擴(kuò)散硅壓力傳感器應(yīng)力計(jì)算建模[J]. 傳感器世界，2004.1

[3] 蘇潤(rùn)等. 傳感器自補(bǔ)償橋路信號(hào)采集的研究[J]. 傳感器世界，2004.5