高温液体流量检测系统及其在锌精馏中的应用（2） 流量检测, 表达式, 多项式, 模型

yuyang911220

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。
（1）称重传感器
为了保证流量模型的精度，必须让流槽保持水平。为此，我们用了三个称重传感器。该系统使用的称重传感器是美国SENSORTRONICS公司生产的60001 S型拉压传感器。该产品采用S型剪切设计，具有高灵敏度输出、多层介质密封、高可靠性等特点，适用于拉、压场合。由于现场的温度很高，因此我们采用的是高温型传感器，其适应温度为200℃。
（2）变送器
由于称重传感器的输出信号是毫伏信号，不能进行远距离传输，而生产现场，采样信号必须传输几十米。为此，必须使用变送器将毫伏信号转换为适于传输的伏级信号或毫安信号。
（3）数据采集卡和工控机
本系统采用的数据采集卡和工控机都是研祥公司的产品。
3.2 软件的设计
本系统软件采用Visul C++6.0编制。称重传感器检测到的重量信号通过变送器传送给数据采集卡，经过采集卡的A/D转换成为数字信号给工控机。工控机根据建立的流量模型，计算出流量并显示，完成流量监视任务。
在生产过程中，流槽的一些变化会发生一些小的改变，如锌流出流的圆孔尺寸发生变化，可能会使得原来的流量模型精度受到影响。为此，软件设计了重建模型的功能，只要按前面介绍的方法做一次孔口出流试验，软件就能够自动的重新建立模型，保证模型的精度。
另外，为了让操作人员了解以前的生产情况，该软件还具备数据查询和统计功能。
3.3 实际应用
该系统已经投入某冶炼厂的锌精馏过程，表1是系统运行四天的结果。

表1 高温液体流量检测系统运行结果

日期	班      次
	锌液流出量/吨	早班	中班	晚班
2002-1-24	实际值	19.12	17.96	19.89
	检测值	18.87	17.83	20.11
2002-1-25	实际值	18.89	18.52	19.81
	检测值	19.07	18.43	20.21
2002-1-26	实际值	19.52	18.12	20.12
	检测值	19.31	17.97	19.88
2002-1-27	实际值	18.99	18.02	20.34
	检测值	18.87	17.93	20.22

从表中可以看出，该系统的检测精度达到1.5%，完全满足生产的需求。
本文利用软测量技术，提出了一种间接检测高温液体流量的方法，并应用于某冶炼厂锌精馏过程的锌液流量检测系统。实际运行结果表明该方法具有较高的精度，完全满足生产的要求。该系统的设入运行，对锌精馏过程进行监视，对现场操作人员具有指导作用，并为锌液流量的控制打好了基础。
高温金属液体流量的检测，是有色金属冶炼行业所面临的一个很大的技术难题。本文提出的方法对这些行具有很好的借鉴意义。