目前，市面上流通的 PFA 襯里結構電磁流量計負壓能力較差，生產運輸成本高，測量精度低。為了解決上述問題，研究了一種新的小口徑 PFA 襯里耐負壓電磁流量計，對流量計的結構和工作流程進行設計，并研究了流量計特點。實驗結果表明，設計的小口徑PFA 襯里耐負壓電磁流量計工藝成熟，成本較低，耐負壓性能良好，測量結果精度高，具有極高的應用價值。
隨著電子技術的快速發展，電磁流量計測量技術已廣泛應用于各種液體測量工作，特別是在醫藥與化
工領域中的應用范圍更加廣泛。但目前的電磁流量計在測量時仍存在許多不足，流速慢、顆粒含量大、導電率低和粘稠性強的液體，測量結果往往存在較大誤差。針對以上問題，目前國內大部分電磁流量計廠家選擇在常規電磁流量計外部增設陶瓷導管，或者購進國外陶瓷襯里電磁流量計。但這兩種方法都會增加流量計生產與運輸成本，如果增設陶瓷導管，由于技術不成熟，陶瓷導管安裝質量和接口加工難以控制，容易造成泄露現象。購進國外電磁流量計不僅成本高昂，而且無法進行維修保養[1]。
為此，本文研究了一種實用新型小口徑PFA襯里耐負壓電磁流量計結構，能夠改善以上流量計測量的弊端，更好地滿足醫藥化工行業的生產需求。
1 小口徑PFA襯里耐負壓電磁流量計結構
1.1 小口徑PFA襯里電磁流量計結構
在醫藥化工領域液體流量測量著重強調測量的精準度，因此加入小口徑 PFA 襯里，設計耐負壓內流式電磁流量計。新型電磁流量計的主要組件包括PFA 襯里、磁硅鋼片組件、法蘭導管、線圈組件、外壓電極、彈簧壓緊組件、錐形孔環套、包板和焊接連接座等，其組成結構具體圖像如圖1所示。
shou先，在小口徑PFA襯里填充入錐形孔環套的錐形孔，將錐形孔環套擠壓安裝進法蘭導管組件內部，利用線圈和螺絲將其組件固定在法蘭導管上。在兩個線圈組件外側利用磁硅鋼片固定覆蓋，連接相鄰組件，使用彈簧壓緊組件和PFA襯里將外壓電極密封固定在內部，用扎帶將電極線、線圈引線捆綁固定，用套管保護引線，利用焊接連接將包板固定在法蘭導管組件外壁的側板上。選用這種小口徑設計結構，可以將錐形孔環套相連接，形成組合環套嵌入法蘭導管，形成緊貼內壁的小口徑襯里，施工工藝簡單，技術要求難度不高。襯里材質選用PFA耐高溫材料，可適用于高溫液體的流量測量，而且該材料性質穩定，質量優良，可以很好的加工成型，且對環境具有較高的適應性，耐熱耐磨損，降低加工與運輸過程中的損耗，有利于節約成本。將外壓電極通過彈簧壓緊組件由外向內逐步壓緊固定，選用延展性優良的PFA材料固定密封線圈，具有很好的密封性能，可以有效防止液體泄漏[2]。電磁流量計需要在法蘭導管外部裝置線圈磁場，并利用磁硅鋼片連接控制，使電磁回路保持穩定狀態，減少外部干擾噪聲信息對電磁測量精度的影響，并在導管外壁安裝包板與測量底座焊接固定，進一步增強電磁流量計的穩定性與安全性，減少物理環境變化對測量效果的影響，多方面增強流量測量保障，能夠有效提高電磁流量計耐負壓性能，增強測量精準度與可靠性。
1.2 新型電磁流量計結構有益效果
這種新型電磁流量計在制藥與化工行業具有明顯的應用優勢，從結構上體現的有益效果有以下幾點。
地衣，選用PFA材料為襯里，設計小口徑耐負壓的電磁流量計，采用內流式結構，減少外部環境與干擾噪聲對液體測量的影響，使流量計監測結果更加精準；
第二，選用 PFA 材質更加耐高溫，耐腐蝕，材料質量更加優良，適用于測量性質不穩定的醫藥化工液體材料，能夠更好的保障材料與流量計的材質穩定性，進而保證測量結果的準確可靠；
第三，采用組合錐孔環套在導管襯里形成倒三角結構，在外部作用力影響下會向內壁施加一個反作用力，使環套更加貼緊導管，增強抗負壓性能，有效提升電磁流量計整體的安全防護性能。第四，磁硅鋼片連接線圈組件能夠進一步穩定電磁流量計的磁場設計，并在線圈外部包板的保護下，弱化環境對磁場的影響，同時還能減少物理碰撞對電磁流量計內部零件的干擾和破壞，有效保障流量計液體測量的安全可靠，從而提高特殊液體材料監測精準度[3]。
2、工作流程
電磁流量計的工作機理是，在進行液體測量時，電磁流量計采用雙發射磁極與雙測量電極結構形式，發射電磁信號與流動液體直接接觸反射到導管周圍外壁上，導管管道分布大量感應磁場，磁場線圈包裹電磁感應芯片，可以產生交變磁場，所以當液體從流量計管道內部經過時交變磁場會發射切割磁力線，磁場接收磁力線形成的感應電動勢，并對液體流量信息進行測量與傳輸[4]。
因此，可以通過導入電磁流量計各部件參數，在計算機數字模擬程序中構建流量計的仿真模型，根據制藥化工行業液體測量設備要求標準，獲取并測量部分流量樣本的標準差、平均值、變異系數等關鍵概念參數，計算研究電磁流量計內部磁場分布結構設計，建立電磁流量計仿真模型。流量計導管口徑選擇需根據應用目標領域電磁流量計測量范圍進行擇優，因為醫藥化工領域液體測量往往屬于小規模高精準液體測量，根據不同口徑流量計滿量流速范圍，選擇適用于制藥行業的#佳流量計導管口徑，設置流量測量范圍上限為 100m³/d，分別對8mm、10mm、15mm 口徑的流量計液體流速進行測量，得到口徑大小與流速的關系如表1所示。
醫藥化工領域電磁流量計硬件要求指標要求流量計耐壓度為 35MPa，流量可承受范圍為 0~120m³/d，計算精度誤差不超過 2%。根據以上性能條件，根據組件參數具體安裝小口徑 PFA 襯里耐負壓電磁流量計。地衣，按照小口徑參數標準加工法蘭導管，精細化端面環形槽。利用液壓機將尺寸匹配的錐形孔環套，壓入法蘭導管內部，相鄰環套保持間距相等。注意安裝時應避開電極安裝位置，防止干涉電磁部件安裝組織；第二，將PFA材料高溫模壓成形，使襯里能夠完全嵌入錐形孔環套，并與法蘭導管緊密貼合。其中，導管端面上的梯形環形槽需要由PFA材料襯里填充嚴密，并進行壓力檢測，確保襯里具有良好的耐負壓性能；第三，利用彈簧組件將外壓電極壓緊密封，通過線圈組件安裝磁片，直到形成穩定磁場后，將線圈固定在法蘭導管外壁螺柱上；第四，在線圈外部覆蓋磁硅鋼片并固定在螺柱上，線圈與磁硅鋼片之間相連接，用電極線和保護套固定住，并在外側板焊接安裝包板，保護電磁回路，防止受到外部高噪聲干擾。第五，對電磁流量計進行負壓試驗和流量監測試驗，不斷調整優化各組件結構，檢驗合格后完成流量計安裝制作，可投入相關應用領域進行工作。根據上述步驟和配件型號參數，設計小口徑耐負壓電磁流量計優化結構，并結合實際應用需求完成安裝實施步驟。本研究在設計與安裝環節需專業技術人員指導配合，在遵循實際的前提下，不斷修改調整設計思路和搭配方案，設計出符合當下醫藥化工應用需求的高精度耐負壓電磁流量計。
3、實驗研究
為了檢驗新型小口徑 PFA 襯里耐負壓流量計工作性能，選用適當液體樣本進行實踐測量與評估，將電磁流量計進行保密封裝，確保儀器保護完好后放入測量液體中，持續向儀器供電監測，不斷控制調整儀器可容流量大小，設置間隔時間為2分鐘記錄電磁流量計液體流動頻率，得到流量計監測數據結果如表 2 所示。根據監測數據可以明顯看出，隨著監測液體流量的不斷增加，電磁流量計輸出頻率也隨之增加，二者之間呈正向的線性相關關系。記錄不同監測節點數據變化情況，排除重復性誤差監測數據，通過模擬程序取重復數據的平均值，將各監測節點測量所得流量數據，與所釋放的標準流量數據進行對比，綜合方差與標準差計算流量監測滿量程誤差，得到#大誤差數據為 0.15%，在醫藥化工行業液體測量誤差要求標準范圍之內。因此，小口徑PFA襯里耐負壓電磁流量計在特殊液體測量精準度方面能夠良好滿足實際應用需求。面對實驗前后電磁流量計硬件結構進行檢查，查看導管內外部組件是否收到液體侵蝕或擠壓損壞。根據實驗檢查與評估結果可知，PFA襯里耐壓電磁流量計硬件結構完好，各部件組織并無損壞。由此可見，采用高延展性的PFA耐高溫材料可以有效提高電磁流量計耐負壓性能，增強流量計質量穩定性和操作安全性，經過口徑優化后的PFA材料電磁流量計設備結構更適用于具有材料特殊性的醫藥化工領域。
綜上所述，針對醫藥化工領域對高精度耐負壓電磁流量計的需求現狀，提出并研究了一種小口徑 PFA襯里耐負壓電磁流量計結構優化設計，得出以下結論。地衣，采用內流式液體測量結構，選用 PFA 耐高溫材料制作流量計導管襯里，能夠有效減少外部環境與高噪聲的干擾影響，有利于提高流量計測量精準度；第二，管內錐孔環套為倒三角結構，在外部作用力影響下會向內壁施加一個反作用力，使環套更加貼緊導管，增強抗負壓性能，有效提升電磁流量計整體的安全防護性能；第三，磁硅鋼片連接線圈組件能夠進一步穩定電磁流量計的磁場設計，并在線圈外部包板的保護下，減少外部干擾對電磁流量計的影響和破壞，有效保障電磁流量計測量的安全性可靠性。
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