Prinzip und Ablauf der Kalibrierung von explosionsgeschützten elektromagnetischen Durchflussmessern für den Bergbau

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I. Übersicht über explosionsgeschützte elektromagnetische Durchflussmesser für den Bergbau
Explosionsgeschützte elektromagnetische Durchflussmesser für den Bergbau weisen Vorteile wie keinen Druckverlust, keine Verstopfungen, eine deutliche Energieeinsparung, hohe Genauigkeit sowie eine starke Belastbarkeit auf. Deshalb werden sie weit verbreitet in den Wasserversorgungs- und Abwassersystemen von Kohlebergwerken eingesetzt. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der hydrologischen Überwachung in Kohlebergwerken sowie bei der Sicherstellung eines sicheren Arbeitsumfelds. II. Prinzip der Messung: Wenn der Rohrdurchmesser konstant ist, ist auch die Querschnittsfläche festgelegt. Die Strömungsgeschwindigkeit steht somit in direktem Verhältnis zum Durchfluss – also zum Volumen pro Zeiteinheit. Wenn ein Fluid durch den Durchflussmesser fließt, erzeugt dieser einen induzierten Spannungsabfall. Durch die Verstärkung sowie Aufbereitung des gemessenen Signals erhält man einen Spannungswert, der proportional zur Fließgeschwindigkeit ist. Durch eine Analog-Digital-Wandlung wird dieser Spannungswert in einen Zahlenwert umgewandelt. Der Zahlenwert stellt somit eine Darstellung der aktuellen Daten dar. In der Praxis haben wir festgestellt, dass aufgrund von Abweichungen in der Hardware wie den Erregungsspulen die vom Durchflussmesser erfassten Momentanwerte (Zählwerte), wenn das zu messende Medium relativ ruhig ist, nicht genau „0“ betragen. Es gibt eine leichte Abweichung – diesen Wert bezeichnet man in der Regel als Nullpunktwert. Beziehung zwischen Q aus Gleichung (1), dem Standardfluss Qs und dem Koeffizienten K: Q = c – ZN * k. Dabei ist Q der gemessene Fluss ； c – Messwert des Durchflussmessers ； z – Der Nullwert, der beim Durchflussmesser eingestellt wird ； N – Konstante für die Umrechnung des Durchflussmessers ； K – Koeffizient des Durchflussmessers ； III. Methoden zur Verbesserung der Genauigkeit 3.1 Methode der schrittweisen Berechnung. Da der Messbereich der explosionsgeschützten elektromagnetischen Durchflussmesser für den Bergbau sehr groß ist. Zum Beispiel liegt der übliche Messbereich bei Typen für den allgemeinen Gebrauch bei 0,3 m/s bis 10 m/s. Um die Messgenauigkeit an jedem Punkt zu gewährleisten, kann ein Segmentierungsfaktor eingeführt werden, wobei eine berechnungsmäßige Segmentierung angewandt wird. Beziehung zwischen den Stufenmesskoeffizienten in Gleichung (2) und der Durchflussmenge: Qf = Q * kf, wobei kf der Stufenmesskoeffizient ist ； Qf – Der Durchflusswert, der nach der Segmentierung angezeigt wird ； Im Messvorgang wird der gesamte Durchflussbereich in mehrere Unterbereiche aufgeteilt. In jedem dieser Unterbereiche gibt es einen entsprechenden Unterbereichs-Messkoeffizienten kf, um die Genauigkeit innerhalb jedes Bereichs zu gewährleisten. Wenn der Durchflussmessgerät den Durchfluss Q gemäß Gleichung (3) berechnet, wird der Wert von Q analysiert. Anschließend wird er mit den bereits definierten Intervallen verglichen, um die passende Kategorie zu bestimmen. Zum Beispiel liegt das Intervall von 14,13 m³/h bis 28,26 m³/h in einer bestimmten Kategorie. Für dieses Intervall gilt der Faktor kfn = 1,012. Wenn das Messgerät einen Durchfluss von Q = 10,00 m³/h anzeigt, dann beträgt der angezeigte Durchfluss Qf = Q * kfn = 10,12 m³/h. Daraus geht hervor, dass im Prüfprozess die Segmentierungs-Koeffizienten für jeden Bereich kalibriert werden können, wodurch eine genauere Messung gewährleistet wird. 3.2 Methode der Feinabstimmung des Nullpunkts. Bei der Kalibrierung des Durchflussmessers wird der statische Nullwert nur zu Beginn nachjustiert und festgelegt. Im weiteren Kalibrierungsverlauf gilt der Standardwert als Nullwert – in Wirklichkeit ändert sich jedoch bei jeder Einstellung der Nullwert leicht. Daher kann es bei der Bestimmungsmethode für den Nullpunkt zu einer Abweichung zwischen dem eingestellten Nullwert und dem tatsächlichen Nullwert kommen. Eine Methode dazu ist die Feinabstimmung des Nullpunkts – dabei wird durch Berechnungen und Feinjustierungen der eingestellte Nullwert dem tatsächlichen Nullwert näher gebracht. Aus Gleichung (1) geht hervor, dass bei konstantem Zählwert zwei Faktoren die Anzeige des momentanen Durchflusses beeinflussen: der Nullpunktwert z und der Durchflussmesskoeffizient K. Bei unterschiedlichen Durchflusswerten, also bei verschiedenen Werten des Zählers, ändert sich der Einfluss dieser beiden Faktoren. Wenn der Nullwert eines Durchflussmessers 50 beträgt und der Koeffizient 80,0 % liegt, dann ändert sich der Nullwert um jeweils 0,5 %, je nachdem, wie sich der Koeffizient k verändert. Wenn der gemessene Wert 6000 beträgt, dann beträgt die Abweichung des Nullwerts ZP = (6000 – 50) × 0,5 % = 29,75. Wenn der gemessene Wert 1000 beträgt, beträgt die Nullpunktverschiebung ZP=(1000—50) × 0,5 % = 4,75. Daraus geht hervor, dass, wenn der momentane Durchflusswert Q sehr groß ist, auch der Wert C sehr groß ist. Unter den Werten für z und dem Koeffizienten k hat somit der Koeffizient k des Durchflussmessers den größten Einfluss auf den Durchfluss. Wenn der momentane Durchflusswert Q sehr klein ist, dann ist auch der Wert von C sehr klein. Unter den Werten für z und dem Koeffizienten k hat daher der Nullpunkt des Durchflussmessers, also der Wert von z, den größten Einfluss auf den Durchfluss. Daher kann eine Feinabstimmung des Nullpunktwerts während des Kalibrierungsprozesses dazu beitragen, die Genauigkeit zu gewährleisten. 3.3 Berechnung der Feinabstimmung des Nullwerts: Zp = C – z²·E ； zp – Feinabstimmungswert des Nullpunkts ； c – Messwert des Durchflussmessers ； z – Der Nullwert, der beim Durchflussmesser eingestellt wird ； E – Der Fehlerwert der Prüfung. Während des Kalibrierungsprozesses ist es möglich, bei Messpunkten mit hohen Durchflusswerten eine normale Kalibrierung durchzuführen. Bei Messpunkten mit niedrigen Durchflusswerten treten jedoch leichte Abweichungen auf. In solchen Fällen kann die Methode der Feinabstimmung des Nullpunkts verwendet werden. Es muss jedoch beachtet werden, dass zwar der Einfluss des Nullpunktwerts auf die Werte bei hohen Durchflusswerten gering ist, er dennoch nicht ignoriert werden darf. Bei der Feinabstimmung des Nullpunktwerts muss daher berücksichtigt werden, wie sich die angepassten Werte auf die anderen Messpunkte auswirken. Im Allgemeinen sollte der angepasste Nullpunktwert 1 % der gemessenen Werte nicht überschreiten. Falls es größere Abweichungen gibt, muss die Kalibrierung erneut durchgeführt werden, um die Genauigkeit des Durchflussmessers zu gewährleisten. IV. Schlussbemerkung: Bei der Kalibrierung von explosionsgeschützten elektromagnetischen Durchflussmessern können verschiedene Methoden miteinander kombiniert werden. Auf diese Weise können die wichtigsten Faktoren, die die Genauigkeit beeinflussen, gezielt korrigiert werden. Dadurch wird eine genaue Messung an jedem Punkt gewährleistet, was wiederum zur Verbesserung der Gesamtleistung des Durchflussmessers sowie der Effizienz des Kalibrierungsprozesses beiträgt.