[科普中国]-流量计管

流量计管是一种设备， 由于流量计内部独特的结构设计，适用于测量液体、气体。为全金属结构，有指示型、电远传型、耐腐型、高压型、夹套型、防爆型。

累积，数字通讯，不同的供电方式功能，带有磁性过滤器和特殊规格。

广泛应用于，石油、化工、发电、制药、食品、水处理等。复杂，恶劣环境条件，及各种介质条件的流量测量过程中。

密度测量的科氏流量计管内附着检测方法针对科氏流量计振动管管内附着检测困难的问题，提出一种基于密度测量的科氏流量计管内附着检测方法。首先，在分析振动管振动频率与管内液体密度之间关系的基础上，采用基于相位匹配的算法实现频率跟踪，根据频率的变化检测管内是否附着；其次，通过配制不同密度的NaCl溶液标定了频率和密度之间的关系，密度测量的相对误差低于0.3%；最后，通过滴焊锡的方式进行了附着检测实验。1

附着检测实验利用测量振动管内液体密度变化判定管内是否有物附着，需要通过标定实验来确定振动管振动频率和管内液体密度之间的关系。1

密度标定实验由于采用的科氏流量计测量对象是NaCl溶液，可以利用食用盐和水配制不同密度的NaCl溶液用于密度测量的标定实验。配制液体时，采用EL204－1C型高精度的电子天平测量液体质量，其测量范围为0～220g，实际测量精度可达0.1mg；采用100mL的容量瓶测量液体体积，精度可达到0.01mL。通过ρ=m/V计算可得到液体的密度，根据有效数字的保留规则，配制的液体密度精度可达1mg/cm3。1

为了更准确地标定振动管振动频率和管内液体密度之间关系，在实验中采用“静水法”测试，即在实验时，使振动管内充满液体，但液体不流动，可减小外界因素对频率跟踪的干扰(如压力变化)，提高标定精度。利用基于相位匹配的频率跟踪算法实时跟踪不同密度液体下振动管的振动频率。

拟合曲线的线性度很好，判定系数R2接近于1，且F检验概率值p远小于显著水平，说明回归模型的拟合程度非常高，回归方程高度显著。为检验拟合所得的振动管振动频率和管内液体密度关系的准确性，配制不同密度的 NaCl 液体用于检验密度测量精度。通过标定，密度测量精度高，可达3mg/cm3，相对误差低于0.3%。1

附着检测实验采用课题组研制的小流量差分检测实验系统进行模拟附着验证实验，该科氏流量计的振动管内径0.18cm，长度40cm，通过计算，该科氏流量计对附着的测量分辨率大约0.03g。

由于模拟管内附着实验困难，通过在振动管外部滴焊锡的方式模拟附着。采用“静水法”测量，减少了压力变化等外界因素的影响，因此，附着于管内和管外效果可等效。

随着振动管壁附着物的增加，振动管振动频率降低，测量的密度增加，其结果和理论推导一致，则该方法是有效的。在应用中，可以通过测量振动管内液体密度来检测管内是否有附着，且检验振动管的清洗效果。1

流量计管内孔的TIG焊接工艺由于流量计内部独特的结构设计，焊接需要在流量管内部进行，其最大难度在于该焊接过程不可观测，且无法进行无损探伤，因此，需要对焊接工艺进行大量的试验，以保证大批量生产时能够取得合格的一致性高的焊缝，通Minita的DOE （试验设计） 方法，成功地实现了最优工艺参数的选取，并通过了工艺评定。2

关键要素的选取首先列出影响焊缝质量的关键因素，然后逐条分析打分，最终选取最重要的4 个关键要素：

（1） 钨极位置：从管接头根部至钨极中心的水平距离。因为管厚度差异大，若钨极正对接头，可能会将较薄的流量管烧穿，因此钨极需要向较厚一侧偏置一定的距离。

（2） 峰值电流：使用脉冲时处于峰值时的电流。

（3） 脉冲频率：使用脉冲的频率，由峰值时间和基值时间决定。

（4） 钨极角度：钨极尖端形成的角度。2

根部熔深对4个关键要素进行3个水平的范围设置，将各要素的上下限设置好，输入Minitab软件以后，自动分配出要进行的试验序列，一共要进行11组试验。

Minitab分析结果经Minitab软件分析，主效应=0.036，交互效应=0.015，主效应及交互效应值均小于0.05，证明结果为可靠结果。

将钨极位置定义为A， 峰值电流定义为B， 脉冲频率定义为C， 钨极角度定义为D，根部熔深定义为Y， 则：

Y=-141.484+83.3023A+0.981667B+1.96737C+0.468D-0.570833AB-0.983685AC-0.2875AD。

对最优结果进行再次试验，并进行优化，得到最终的最优参数。

采用最优焊接工艺参数得到的宏观金相。由此可见，该焊缝完全符合焊接工艺的要求，平均熔深达到了 0.98mm，为合格焊缝。2

峰值电流与钨极位置关系进行了12 组试验，得到了大量的宏观金相图，通过对这些金相图熔深的分析，可以初步得到以下峰值电流与钨极位置的二维相对关系以及焊缝的变化趋势。

当钨极位置距接头很近时：电流小时，则熔深浅，有未焊透的风险；电流大时，则熔深大，但同时背面的佐证熔深也很大，因为没有填充材料，所以背面有咬边的风险，造成焊缝不合格。当钨极位置距接头很远时：电流小时， 则熔深浅，在深度方向有未焊透的风险，同时在宽度方向还有焊缝错位未焊到接头的风险；电流大时，则熔深大，但熔深最深的位置不在接头处，佐证熔深不可见，没有背面咬边的风险，但宽度方向，焊缝仍有错位未焊到接头的风险。

即由4个角连成较大的长方形，而得到的最优参数大概处于的长方形中心，因此，当峰值电流与钨极位置围绕着最优参数小范围变化时，仍然可以得到合格的焊缝，说明了该工艺的包容性和稳定性。2

焊缝外观及气保护效果（1）为了使较大的长方形盒子更大，尝试在最优参数的基础上加入微小的焊枪摆动。

（2） 焊缝的外观：气体保护效果应使焊缝颜色达到AWSD18.2中5以上的水平， 通过进行不同预充气时间下焊缝颜色的对比及氧分析仪的测试结果，最终确定气体保护的时间。 结合工艺要点部分，对气体保护的控制，随着预充气时间的延长，焊缝的保护效果逐渐改善，最终预充气3min及以上，可以达到AWSD18.2中2~3 的水平， 满足要求。2

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学