高浓度粘稠物料压力传感装置的研制与标定

一、引言

高浓度粘稠物料的管道输送系统已在煤泥管道远距离输送中得到成功的应用。为了更好地研究高浓度粘稠物料管道输送特性，我们建立了高浓度粘稠物料管道输送实验室。其目的之一是研究物料在管道输送过程中的压力损失，因此要在管路上安装压力传感器以获取管道输送过程中的压力值。

但由于高浓度粘稠物料具有高粘性、高磨损性等物理特性，普通的压力传感器不能很好的应用。比如，一般的压力传感器的引压孔很小，在测量粘稠物料时极易被堵塞，无法正确读取压力。而膜片式压力传感器为了保证压力传递准确，膜片一般做得非常薄，如果用于粘稠物料的压力测量，短期内就会把膜片磨破，且粘稠物料中的固体小颗粒在输送过程中也很容易击穿金属膜片。因此，这种膜片式压力传感器只能短期、间断式的用于粘稠物料的测试(比如在本文中，用这种传感器作为标准传感器与自制传压装置进行比较)。 因此，我们专门研制了一种新型的粘稠物料压力传感器，以用于解决此类问题。

二、高浓度粘稠物料管道压力传感装置的结构

该压力传感装置的结构如图1所示。

图1中短管两端与输送管道相连;碟型橡胶传压膜起隔离和传压的作用;油缸中充满油;压力变送器用于测量油压。当高粘稠物料经过短管时，由于管路中存在一定的压力，物料会充满短管，并挤压橡胶隔膜，橡胶隔膜把压力传递给油缸内的油，再用压力变送器测出油缸内的油压，就可以间接得出管道中的压力。为了检验此压力装置是否能够正确的测量管道输送过程中的压力，我们进行了静态标定和动态标定。

三、压力传感装置标定试验

1、静态标定

静态标定试验是在室温、常压下进行的。所用标定设备为活塞式压力计，型号为YS-600，精度：0.05，测量范围：0kgf/cm2~600 kgf/cm2(注：0~58.865MPa)。实验装置如图2所示。

静态标定试验利用连接法兰(如图2所示)把传压装置安装在活塞式标定仪上，用标准的砝码标定该传压装置。标定总共进行三次，试验数据如表1所示。

对同压力下的六组数据进行算术平均，然后利用最小二乘法对数据进行线性拟合，我们就可以得到自制压力传感装置的各项静态特性。

2、动态标定

动态标定试验是在室温、常压下进行的，所用设备为AK-1脉动式压力变送器，测量范围：0MPa ~25MPa，准确度等级为0.5级。

管道输送系统采用了双缸液压柱塞泵来输送动力，每个液压行程为6s～40s，故对管道压力传感装置的动态响应特性的要求并不高。但是由于双缸往复运动之间存在一个暂态换向过程，这就要求压力传感装置应能准确地反映出换向过程的暂态特性，这样才可认为该压力传感装置的动态响应特性可以满足管道输送过程中测量的要求。为此采用了比较标定法，即把一精度较高、动态响应特性较好的膜片式压力传感器和自制传压装置安装于同一压力测点，测试时将二者的压力信号采集到计算机并实时显示。如果两条数据曲线在稳态和暂态过程中形状一致，就可认为压力传感装置具有良好的动态响应特性。为了能够再显示清楚，特意把标准传感器的零点调高0.2MPa。图3为在管道输水实验时采集的两传感器的压力信号曲线，上面的是标准传感器的压力曲线，下面的是自制传压装置的压力曲线。从图中可以看出两者在输水过程中曲线具有很好的一致性。图4为图3的局部放大图，反映了液压缸换向过程中此测点的压力情况，两者在细微之处也具有很好的一致性。

图5为管道输送城市“脱水污泥”时采集的两传感器的压力信号曲线，图6为图5的局部放大图，为在液压缸换向过程中两压力传感器的曲线。从图中也可以看出，两个传感器的曲线具有很好的一致性。

四、总结

经过静态标定和动态标定比较，可以看出我们自制的压力传感装置具有较高的精度和良好的动态响应特性，能够很好的满足高浓度粘稠物料管道输送过程中压力的测量。现在已经进行过多次高浓度粘

稠物料(煤泥、脱水污泥、造纸废渣污泥等)的管道输送试验，试验效果都十分良好。

参考文献：

[1] 刘迎春等编著. 传感器原理设计与应用[M]. 国防科技大学出版社，1997年8月第三版

[2] 李进军，石成英. 扩散硅压力传感器应力计算建模[J]. 传感器世界，2004.1

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