科里奥利流量计多频率驱动方法与应用研究

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科里奥利流量计具有非常高的质量流量测量精度,并且可以提供多参数的测量如密度、温度、体积流量等,被广泛应用于工业流量测量。
  科里奥利流量计依靠测量管的振动测得质量流量,测量管的特性直接影响流量校准系数。潜在的侵蚀或腐蚀会降低管壁厚度并影响其测量性能,严重情况下甚至可能导致结构完整性问题。由于管壁厚度直接影响其刚度,因此与刚度相关的诊断参数有助于识别潜在的测量和结构完整性问题。
  科里奥利流量计通常用于单相流体,即液体或气体。如果液体中夹带气体,其测量精度就可能受到影响。两相流工况中,测量管的阻尼比不断变化,由气体夹带引起的显著增加的压缩性也会给科里奥利流量计的现场应用带来困难。
  本文从流量校准系数和气液两相流测量误差两个方面入手,进行了以下研究工作:
  (1)构建测量管的单自由度振动模型,基于该模型的频率响应函数推导刚度计算公式。在驱动信号中增加一个附加频率的信号,结合正交解调算法、滤波器设计、锁相环、PID控制、控制环路设计、有限元分析的方法,实现刚度计算。
  (2)气液两相流工况下,对测量管中的气泡进行受力分析,根据气液的振动差异提出补偿方法;构建测量管内气泡压缩的谐振器模型,对测量管的振动模态进行有限元仿真和伯德图分析,通过两个频率的驱动信号使测量管同时在第一模态和第三模态下振动,使用振动特性补偿测量误差。
  (3)以DSP为硬件平台,根据仿真模型编写科里奥利流量计传感器的控制算法、刚度算法、气泡补偿算法、双模补偿算法;编写上位机程序,实现测量数据的实时监测与参数修改;对刚度算法和补偿算法进行实验测试,实验结果表明,刚度算法可以跟踪测量管刚度的变化,补偿算法可以显著改善科里奥利流量计测量气液两相流时的精度。
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