流体检测技术在加香加料系统中的应用与分析
根据烟草制丝工艺的要求，在烟丝制造过程中，需要对物料进行准确的加香加料。
为了保证其准确性，流体（糖料、香精）的检测就显得极其重要，通过对流体检测技术中的体积流量，质量流量的检测与分析，对提高和保证加香加料系统的精度，保证卷烟产品内在质量具有非常重要的意义。
标签：流体检测流量
1、引言
在人们的日常生活和工作中，使用着大量的流体，如汽、气、水等，同时，也在根据不同的使用要求，使用不同的方法來测量各种流体的体积、质量等。
在烟草行业，由于行业的特殊性，对流体（糖料、香精）的检测准确度也要求很高。
因此，深入分析加香加料系统中的检测装置的安装、校验等方法、原理，具有实际意义。
2、料液流量的基本概念
流量就是流过某一截面的流体的体积或质量与时间之比，当用体积与时间之比来表示时，称为体积流量（或容积流量）。
用流体流过的质量与时间之比来表示时，称为质量流量，而用来检测体积流量或质量流量的装置则称为流量计。
在制丝的加香加料过程中，主要使用电磁流量计来检测糖料的体积流量，使用质量流量计来检测香精香料的质量流量，由于在制丝过程中，物料（主要指烟叶、烟丝等）是不停地随时间变化而变化的，导致加香加料过程中的香精、糖料也要不停地随时间变化而变化，在这种情况下，要求流量计能时刻准确检测出料液的流量。
3、加香加料系统中的流量计的选择
由于各种流量计的流量测量方法和测量原理不同，所以，当用流量计测量流量时，要充分考虑其特点和特征以及被测流体的特点，选择最适于测量条件的流量计，使得在能够充分发挥其特点和优点的状态下使用，下面就是流量计应用选择的一般注意事项：
3.1根据测量的目的来考虑
首先要充分理解测量的目的，明确了测量的目的，再选择相应的测量方法。
应主要考虑以下几点：要测量体积还是要测量质量？是把重点放在流量（瞬时流量）测量方面，还是把重点放在通过的体积（流量的累计值）的测量方面？流量测量所需要的精度是多少？且要准确地测理流量的绝对值还是相对值？也就是说，是否知道流量的变化就行了？是否需要准确地测量出流量的变化？流量测量的反映是否要快？还要考虑流量计本身是否具有记录、显示等功能。
3.2根据流体的性质、状态来考虑
流体的性质、状态方面应注意流体的成分、密度、精度以及它们的变化情况，压缩率，腐蚀性，是否含有微小颗粒和气泡及其程度如何，还有温度、压力、湿度及其变化范围。
此外，还应注意流动状态是紊流还是层流，流量的变化范围是多大，是否含有脉动流，液体是否满管流动等。
3.3根据流量计所使用的测量场所来选择
流量计的测量场所主要考虑环境温度、湿度、空气、粉尘、电磁干扰等问题，按流量计要求选择合适的工作环境，以保证流量计的精度及寿命。
根据以上因素综合考虑，并结合烟草制丝线的料液特点及工艺要求，在叶片加料处选择使用电磁流量计来检测糖料流量，在混丝加香处选择使用质量流量计来检测香精流量。
4、流量计的安装
通过考虑流量测量的目的，以及被测料液的性质，状态、测量位置等有关条件，在加香加料工艺点选择安装了电磁流量计和质量流量计。
为了保证测量精度，在安装时，应注意以下几点：
4.1安装流量计不要对管路增加不合理的或过大的压力，以免流量计发生形变。
4.2注意管路中不要产生气窝。
4.3管路的连接部不要漏糖料和香精或向里漏空气。
4.4流量计前面不能急剧节流。
4.5流速分布对流量计的检测精度有一定的影响，因此，在流量计的上流则要有一定长度的直管段来整流。
4.6流量计安装时应考虑更换方便。
4.7安装位置应远离干扰原，如变频器等电磁干扰设备。
4.8流量计的电源要求，如电压范围等。
4.9流量计的信号输出线应采用什么规格的屏蔽线。
4.10管路中是否有紊流产生。
根据以上要求，烟草制丝线流量计安装在加香加料设备现场，远离电控系统，并采用1.5mm无氧铜芯软线来杜绝外界的电磁干扰；所有管路全部采用铜管，减小了安装时对流量计产生的扭矩形变；在流量计前还安装了直管路来整流；流量计安装时全部采用竖直安装来避免流量计中产生气涡，保证测量精度。
5、加香加料系统中应充分注意紊流问题
测量流经管路内的流体流量时，必须考虑其流动状态，流动分布等问题。
在加香加料系统中当料液流量小的时候，可以断定此时的料液流动状况为层流，当流量变大时，就会产生紊流。
根据烟草制丝工艺特点，加料流量较大，料液流动为紊流；加香流量较小，料液流动为层流。
流动状态通过实际观察，层流变为紊流时对流量计的主要影响是料液对流量计的管壁产生的压力逐渐变大，影响流量的测量，这就要求在选择流量计时考虑压力对流量正常工作的影响有多大。
6、料液在管路内的流速分布对其测量的影响
由于料液有一定的粘性（特别糖料的粘度较大），当它流经管路时，与管壁接触部分将粘在内壁上，因此，即使在同一管路的截面上，管路内料液的流速也因其流经的位置不同而出现不同的流速。
通过实际观察，发现越接近管壁流速越慢，流经管路中间部分的料液流速最快。
因此，流速的测量可分以下两种情况来考虑：
6.1当管路内料液的流动为层流时，在半径方向上距管路中心处为r处的流速V可用下式表示：V=Vmax{1-(r/R)2}
其中R为管路半径，Vmax为管路中心轴上的料液速度。
6.2当管路内料液的流动为紊流时，距管路中心轴为r处流速为V=Vmax(1-r/R)1/n其中n是随雷诺数的变化而变化的。
由于流量计在测量流量时，必须首先测出流体的流速分布，才能准确测量流量，在加香加料系统中，通过调整流速分布的方法来达到提高流速测量准确度的的目的，通过以上分析可知：在流量计的上侧安装长的直管段，达到整流的效果，使流量计管内的流速分布近似均匀的流速分布，提高测量准确度，流速分布情况在电磁流量计的应用中应加以重视，即加料系统中应注意安装一定的直管段来整流。
7、加料系统中电磁流量计的应用分析
7.1电磁流量计的原理与特性
根据电磁感应定律可知：当导体横切磁场移动时，在导体中就会感应出与导体移动速度成正比的电压，电磁流量计就是根据此定律求得料液的流速与流量
的。
根据法拉第电磁感应定律可知，在均匀磁场B（T）下，一个宽d(m)的导体以速度为v(m/s)沿磁场方向移动时，则在导体中产生的感应电压为e=Bdv（伏）。
电磁流量计就是根据该原理在绝缘体管道上安装上两电极，通过测出电极上产生的感应电压来求出料液的流速V。
在实际应用中，电磁流量计均采用圆型管路，其感应电压和流速、体积、流量Q（m3/S）的关系为：
e=Bdv=4BQ/πd
其中V表示通过管路横截面上的流体平均流速，由上式可知，运用电磁流量计检测料液流量时，料液的温度、压力、密度、粘度等，不会直接影响到其测量精度，但在实际运用中，采用电磁流量计的测量方法，还应注意以下特征：A：料液具有一定的导电性。
B、输出电压正比于体积流量。
C：无压力损失。
D：可以测正反方向料液的流量。
E：响应速度快。
由以上特征可知，应用电磁流量计测量料液的体积流量反映速度快、准确、但在实际使用中要注意流速分布对测量精度的影响情况。
7.2电磁流量计的精度及校准方法
电磁流量计的精度可采用下式表示：ε≥（I-Q）It×100%
其中，I为流量计的指示值，It为流量计的最大刻度值，Q为流量的实际值。
而测量误差可根据下式求得：εr=Itε/Q(%)
电磁流量计的精度是以相对于最大刻度值的百分数来表示。
校准一般采用实流校准，在日常校准中一定要利用实际料液来校准，以保证了测量精度。
在加料系统中，电磁流量计被用来检测叶片料液并充分注意了以下问题：测量范围及精度符合要求，使用温度范围要求0—120℃，压力要求是-0.098-2.941Mpa，實际使用料液温度为60℃左右，压力为0.1Mpa左右，料液的电导率也符合要求，通过加装整流装置，调节了流速分布，通过竖直安装克服了沉淀物及气泡的影响。
加料精度达到了98%以上，符合工艺要求。
8、质量流量计在加香系统中的应用与分析
加香系统应用了Promass80质量流量计，它是根据科氏力原理业测量香精的质量流量的，科氏力就是指物体在旋转系统中做直线运动时所受的力。
用下式表示：FC=2·Δm(v·ω)
其中FC表示科氏力Δm表示流动香精的质量
ω表示角速度v表示旋转或振动时的径向速度
Promass80用测量管的振动来代替恒定的角速度ω，当香精流过流量时测量
管产生振动在测量管中产生的科氏力会引起管子变型，从而产生进口和出口间的相位差，当香精不流动时，相位差为零，当香精流量增大时，相位差也增加，并通过入口和出口的电磁式相位传感器就可以测量管子的振动相位。
利用科氏力原理测得的质量流量与香精的温度、压力、粘度、电导率及香精特性无关。
质量流量计的测量管振动频率较高，不受管道振动的影响，不需要特别的固定支架，在实际工作中，只要不产生气蚀现象，远离干扰原，就可准确测出香精的质量流量。
质量流量计在测量中也存在着计量误差、定期校准问题，其校准方法和电磁流量计相同，这里就不赘述。
9、结束语
本文通过对流体检测技术中的质量流量、体积流量的检测分析，结合烟草制丝加工线加香加料的实际情况与特点，指出了流体检测技术在制丝加工过程中的正确运用与方法，对卷烟烟丝制造过程中的加香加料精度的提高，从而提高卷烟的内在品质具有实际的指导意义。
参考文献
陈立周《电气测量》机械工业出版社
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”。
