科氏質(zhì)量流量計(jì)振幅對(duì)零點(diǎn)影響

黃 雅, 徐科軍,2, 劉陳慈

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,安徽 合肥 230009;2.工業(yè)自動(dòng)化安徽省工程技術(shù)研究中心,安徽 合肥 230009)

1 引 言

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(科氏質(zhì)量流量計(jì))可以直接測(cè)量質(zhì)量流量,測(cè)量精度高、重復(fù)性好,具有廣闊的應(yīng)用前景。科氏質(zhì)量流量計(jì)由一次儀表和變送器組成,工作時(shí),變送器中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)流量管振動(dòng),當(dāng)流體流過(guò)時(shí),流量管發(fā)生扭曲振動(dòng),根據(jù)上下游2個(gè)速度傳感器拾取到的2路振動(dòng)信號(hào)計(jì)算相位差,從而得到質(zhì)量流量。由于受到加工制造工藝限制和不合理安裝等因素的影響,流量管的上下游振動(dòng)不對(duì)稱(chēng),使得在滿(mǎn)管零流量時(shí),2路速度傳感器信號(hào)存在相位差,即零點(diǎn)。流量管上下游振動(dòng)狀態(tài)的改變會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)不穩(wěn)定,引起零點(diǎn)漂移,而零點(diǎn)漂移是影響科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量精度的重要因素。

目前,學(xué)者們深入研究了科氏質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)漂移問(wèn)題,認(rèn)為零點(diǎn)漂移與一次儀表密切相關(guān)。Kolahi K等[1]認(rèn)為零點(diǎn)由一次儀表振動(dòng)系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)引起的,而且不對(duì)稱(chēng)的變化會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)漂移。任建新等[2]研究了激振器位置不對(duì)稱(chēng)、速度傳感器位置不對(duì)稱(chēng)、流量管的體積及附加質(zhì)量的不對(duì)稱(chēng)等因素對(duì)零點(diǎn)的影響,認(rèn)為一次儀表的振子不平衡導(dǎo)致了零點(diǎn)漂移。Enza S等[3]研究了流量管缺陷對(duì)零點(diǎn)的影響,認(rèn)為軸向非對(duì)稱(chēng)分布阻尼引起的零點(diǎn)漂移與流量引起的相移具有相同的數(shù)量級(jí),而軸向?qū)ΨQ(chēng)分布阻尼引起的零點(diǎn)漂移則小1個(gè)數(shù)量級(jí)。Wang L等[4]研究了溫度變化對(duì)零點(diǎn)的影響,根據(jù)4組對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果,認(rèn)為溫度變化引起零點(diǎn)漂移主要與一次儀表有關(guān),與變送器無(wú)關(guān),并認(rèn)為電磁激振器的振動(dòng)阻尼和速度傳感器的非對(duì)稱(chēng)阻尼會(huì)隨著溫度變化而變化,從而引起零點(diǎn)漂移。Yaushev A A等[5]研究了傳感器的安裝和外部振動(dòng)干擾對(duì)零點(diǎn)漂移的影響,認(rèn)為安裝銜接段的直管道長(zhǎng)度會(huì)影響耦合流量計(jì)-管道系統(tǒng)的振動(dòng)模態(tài),當(dāng)振動(dòng)模態(tài)的頻率與驅(qū)動(dòng)頻率相等時(shí),會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移,同時(shí),接近驅(qū)動(dòng)頻率的外部振動(dòng)干擾也會(huì)引起很大的零點(diǎn)漂移。這些研究了一次儀表的結(jié)構(gòu)和阻尼不對(duì)稱(chēng)、儀表安裝對(duì)零點(diǎn)的影響,以及環(huán)境溫度變化和外界振動(dòng)干擾引起的零點(diǎn)漂移問(wèn)題。然而,在實(shí)際應(yīng)用中,流量管振幅的變化也會(huì)引起零點(diǎn)漂移,從而引入測(cè)量誤差。但是,目前未見(jiàn)相關(guān)研究的報(bào)道。

為此,本文研究科氏質(zhì)量流量計(jì)的振幅與零點(diǎn)的關(guān)系,分析振幅改變引起零點(diǎn)漂移的機(jī)理,首先分析流量管在滿(mǎn)管零流量下的彎曲振動(dòng)狀態(tài),通過(guò)簡(jiǎn)化模型和理論推導(dǎo),建立零點(diǎn)與流量管振幅的理論關(guān)系；然后,通過(guò)采集傳感器放大信號(hào),采用過(guò)零檢測(cè)算法計(jì)算不同振幅下的零點(diǎn),建立零點(diǎn)與振幅的關(guān)系曲線(xiàn),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論推導(dǎo)的結(jié)果。最后,結(jié)合檢定規(guī)程和計(jì)算結(jié)果,分析振幅不穩(wěn)定所引起的零點(diǎn)漂移對(duì)測(cè)量精度的影響,并據(jù)此提出減小零點(diǎn)漂移的措施,確?？剖腺|(zhì)量流量計(jì)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。

2 理論推導(dǎo)

以科氏質(zhì)量流量計(jì)中經(jīng)典的U型流量管為研究對(duì)象,根據(jù)簡(jiǎn)化模型,建立流量管的彎曲振動(dòng)方程,求解流量管在驅(qū)動(dòng)力F激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng),得到2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)(速度傳感器所在位置)的位移響應(yīng),并結(jié)合流量管的幅頻特性,建立流量管振動(dòng)幅值與相位差之間的理論關(guān)系。

在單相水滿(mǎn)管零流量時(shí),流量管內(nèi)水處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài),科氏力ΔFc=0。因此,可把等截面流量管的直管段簡(jiǎn)化成長(zhǎng)度為l的歐拉-伯努利梁方程,根據(jù)梁在自由振動(dòng)狀態(tài)下的彎曲振動(dòng)方程,求取固有頻率和振型函數(shù)。其中,梁在自由振動(dòng)狀態(tài)下的彎曲振動(dòng)方程[6]為:

(1)

式中:EI為抗彎剛度；y(x,t)為x截面處的撓度；ρ為流量管等效密度；S為梁的截面面積。

利用分離變量法求解彎曲振動(dòng)方程。令

y(x,t)=φ(x)q(t)

(2)

式中:φ(t)為振型函數(shù)；q(t)為廣義坐標(biāo)。將式(2)代入彎曲振動(dòng)方程得:

(3)

式(3)左邊與變量x無(wú)關(guān),右邊與變量t無(wú)關(guān),則式(3)左右2邊只能恒等于常數(shù),設(shè)該常數(shù)為負(fù)數(shù)-ω2,將式(3)分離變量得到2個(gè)線(xiàn)性常微分方程:

(4)

φ(4)(x)-β4φ(x)=0

(5)

根據(jù)式(5)的指數(shù)形式特解φ(x)=eλx和特征方程λ4-β4=0,求得基礎(chǔ)解系為[cos(βx),sin(βx),ch(βx),sh(βx)]。所以,式(5)的通解為:

φ(x)=C1cos(βx)+C2sin(βx)+

C3ch(βx)+C4sh(βx)

(6)

根據(jù)邊界條件φ(0)=φ′(0)=φ″(l)=φ?(l)=0,解得:

(7)

C1,C2非零解條件為:

(8)

由非零解條件得到頻率方程:

cos(βl)·ch(βl)+1=0

(9)

在單相水滿(mǎn)管零流量時(shí),科氏質(zhì)量流量計(jì)的流量管是1個(gè)無(wú)限自由度系統(tǒng)。根據(jù)頻率方程求得流量管的第i階的固有頻率為:

(10)

各階振型函數(shù)為:

φi(x)=cos(βix)-ch(βix)+

ζi(sin(βix)-sh(βix))

(11)

流量管在頻率為ω的正弦驅(qū)動(dòng)力F(t)的作用下作受迫振動(dòng)。驅(qū)動(dòng)力F(t)為:

(12)

式中:Fmax為驅(qū)動(dòng)力的幅值。

驅(qū)動(dòng)力作用在流量管上的位置可等效于作用在離梁的固定端距離為l的位置xl處,并根據(jù)單位沖激函數(shù)δ的定義,可把驅(qū)動(dòng)力寫(xiě)成:

(13)

驅(qū)動(dòng)力F(t)在廣義坐標(biāo)q(t)對(duì)應(yīng)的廣義力Qi(t)為:

(14)

式中,Ail=cosβixl-chβixl+ζi(sinβixl-shβixl)為振型常數(shù)。

廣義質(zhì)量為:

(15)

廣義坐標(biāo)qi的運(yùn)動(dòng)微分方程為:

(16)

式(16)在零初始條件下的解為:

(17)

所以,在驅(qū)動(dòng)力激勵(lì)下,梁上x(chóng)點(diǎn)處的彎曲振動(dòng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為:

{cos(βix)-ch(βix)+ζi[sin(βix)

-sh(βix)]}

(18)

式(18)表征了梁上點(diǎn)x位移隨時(shí)間t的變化規(guī)律。假設(shè)采用一階主振型簡(jiǎn)化科氏質(zhì)量流量計(jì)流量管模型[7],并且驅(qū)動(dòng)力頻率等于一階振型固有頻率,即ω=ω1,則2個(gè)位置對(duì)稱(chēng)的磁電式速度傳感器所在的檢測(cè)點(diǎn)a和b位移響應(yīng)函數(shù)分別為:

(19)

(20)

式中:

A1l=cos(β1xl)-ch(β1xl)+ζ1(sin(β1xl)-sh(β1xl))；

A1a=cos(β1xa)-ch(β1xa)+ζ1(sin(β1xa)-sh(β1xa))；

A1b=cos(β1xb)-ch(β1xb)+ζ1(sin(β1xb)-sh(β1xb))。

在任意t時(shí)刻,xa、xb兩檢測(cè)點(diǎn)的位移差為:

Δd(t)≈y(xa,t)-y(xb,t)≈

(21)

檢測(cè)點(diǎn)xa、xb距離流量管中心對(duì)稱(chēng)線(xiàn)的距離均為l0,根據(jù)Δd(t)求得時(shí)間差Δt和相位差Δθ為:

(22)

(23)

當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率ω等于系統(tǒng)一階振型固有頻率ω1時(shí),系統(tǒng)發(fā)生共振。假設(shè)用于采集流量管振動(dòng)信號(hào)的磁電式速度傳感器的特性為線(xiàn)性的[8],并采用磁電式速度傳感器輸出信號(hào)峰峰值表示科氏質(zhì)量流量計(jì)的振幅A0,則流量管振動(dòng)系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)函數(shù)H(ω1)可表示為振幅A0與驅(qū)動(dòng)力的幅值Fmax之比,振幅可表示為:

A0=H(ω1)Fmax

(24)

所以,相位差Δθ又可以表示為:

(25)

由式(25)可知,科氏質(zhì)量流量計(jì)在滿(mǎn)管零流量時(shí),以峰峰值為Fmax的驅(qū)動(dòng)力F(t)驅(qū)動(dòng)流量管振動(dòng),當(dāng)流量管上下游振動(dòng)狀態(tài)完全對(duì)稱(chēng)時(shí),則A1a-A1b=0,零點(diǎn)相位差大小為零。但是,在生產(chǎn)過(guò)程中,由于工藝限制和安裝不對(duì)稱(chēng)等因素的影響,科氏質(zhì)量流量計(jì)不能做到完全對(duì)稱(chēng),導(dǎo)致上下游振動(dòng)狀態(tài)不對(duì)稱(chēng),則A1a-A1b≠0,存在1個(gè)不為零的零點(diǎn)相位差Δθ。當(dāng)科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量條件保持不變時(shí),式(25)中的相關(guān)參數(shù)可近似為常數(shù),可表示為:

Δθ≈kA0

(26)

因此,零點(diǎn)相位差Δθ的大小與科氏質(zhì)量流量計(jì)的振幅A0大小成線(xiàn)性關(guān)系。當(dāng)振幅不穩(wěn)定時(shí),零點(diǎn)隨之改變,從而導(dǎo)致零點(diǎn)漂移,引入測(cè)量誤差。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證理論推導(dǎo)結(jié)果,在科氏質(zhì)量流量計(jì)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置上,采集不同振幅下的滿(mǎn)管零流量時(shí)的傳感器信號(hào),用Matlab編寫(xiě)過(guò)零檢測(cè)算法,計(jì)算零點(diǎn)相位差,建立零點(diǎn)與振幅之間關(guān)系的曲線(xiàn)。

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

科氏質(zhì)量流量計(jì)標(biāo)定裝置由重慶耐德工業(yè)股份有限公司定制,由水路通道、氣路通道、上位機(jī)和PLC控制柜等組成,原理框圖如圖1所示。

水路通道包括保溫水箱、水泵、穩(wěn)壓罐、混合器、被測(cè)科氏質(zhì)量流量計(jì)、一次儀表模型、換向器、電子秤、閥門(mén)、壓力表和管道等；氣路通道包括空壓機(jī)、氣體流量計(jì)等。其中,被測(cè)科氏質(zhì)量流量計(jì)由艾默生公司的Micro Motion DN 25Ω型科氏質(zhì)量流量傳感器(簡(jiǎn)稱(chēng)艾默生DN25)與本課題組研制的基于TMS320F28335 DSP的模擬驅(qū)動(dòng)變送器[9]組成；電子秤的精度為±0.03%。

圖1 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置原理圖Fig.1 Schematic diagram of calibration experiment device

3.2 信號(hào)采集

為了驗(yàn)證理論推導(dǎo)的結(jié)果,即零點(diǎn)與振幅成線(xiàn)性關(guān)系,在滿(mǎn)管零流量狀態(tài)下,采集不同振幅下的2路傳感器放大信號(hào)。

信號(hào)采集具體步驟如下:

1) 將變送器匹配艾默生DN25傳感器。

2) 開(kāi)啟標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置,把流量調(diào)節(jié)到最大 120 kg/min。變送器上電,預(yù)熱30 min后,關(guān)閉相應(yīng)閥門(mén)使艾默生DN25處于滿(mǎn)管零流量狀態(tài)。

3) 調(diào)節(jié)電路參數(shù),使得振幅為設(shè)定值、傳感器放大信號(hào)峰峰值為4.3 V(ADC量程的80%)。

4) 用泰克MDO3024示波器采集兩路傳感器放大信號(hào),采樣頻率為5 kHz,采樣點(diǎn)數(shù)為105。

5) 依次更換振幅設(shè)定值,根據(jù)步驟3)調(diào)整振幅,依次采集不同振幅時(shí)的傳感器放大信號(hào),同一振幅采集3組數(shù)據(jù)。

3.3 零點(diǎn)計(jì)算

編寫(xiě)過(guò)零檢測(cè)算法[10,11],計(jì)算零點(diǎn)相位差。首先,通過(guò)構(gòu)造兩路具有相位差的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)測(cè)試算法的精度,當(dāng)精度滿(mǎn)足要求后,利用編寫(xiě)的算法計(jì)算不同振幅下采集的傳感器信號(hào)零點(diǎn)相位差,建立振幅和零點(diǎn)之間關(guān)系的曲線(xiàn)。過(guò)零檢測(cè)算法的程序流程圖如圖2所示。

圖2 過(guò)零檢測(cè)計(jì)算相位差的程序流程圖Fig.2 Program flow chart of zero-crossing detection for phase difference

圖2中,fc為信號(hào)頻率,帶通濾波采用二階巴特沃斯濾波器,通帶頻率為0.8fc～1.2fc,一組數(shù)據(jù)分段數(shù)n為200,每段點(diǎn)數(shù)N為500。過(guò)零檢測(cè)算法首先粗定過(guò)零點(diǎn)的位置,再進(jìn)行二階三點(diǎn)的拉格朗日插值,得到準(zhǔn)確零點(diǎn)。其中,振幅為439.81 mV零點(diǎn)相位差的計(jì)算值如圖3所示。

圖3 傳感器放大信號(hào)的零點(diǎn)相位差計(jì)算值Fig.3 Calculated value of zero phase difference of sensor amplified signal

由圖3可知,采集信號(hào)的零點(diǎn)相位差計(jì)算值圍繞均值上下波動(dòng)。為了得到更為準(zhǔn)確的計(jì)算值,在同一振幅下取三組采樣信號(hào)的相位差計(jì)算值均值作為最終結(jié)果。不同振幅下采集信號(hào)的相位差的最終計(jì)算值如圖4所示。圖4中,直線(xiàn)為零點(diǎn)相位差Δθ與振幅的最小二乘線(xiàn)性擬合結(jié)果,為Δθ=9.763×10-5×A0+0.473 2。擬合的和方差(SSE)為0.000 152 9,擬合的確定系數(shù)(R-square)為0.945 1。結(jié)果表明,零點(diǎn)相位差與振幅的線(xiàn)性擬合效果較好,與公式(26)的理論推導(dǎo)結(jié)果相吻合。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的結(jié)果,即零點(diǎn)相位差與振幅大小成線(xiàn)性關(guān)系。

圖4 零點(diǎn)相位差隨振幅的變化曲線(xiàn)Fig.4 Variation curve of zero phase difference with amplitude

4 測(cè)量誤差分析

在從理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩方面證明了科氏質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)相位差與振幅大小成線(xiàn)性關(guān)系的基礎(chǔ)上,本節(jié)首先采集不同振幅、不同流量下的信號(hào),采用過(guò)零檢測(cè)算法計(jì)算對(duì)應(yīng)的相位差。然后,依據(jù)科氏質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程,分析零點(diǎn)漂移引入測(cè)量誤差的機(jī)理。最后,根據(jù)科氏質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)相位差與振幅的線(xiàn)性關(guān)系,定量分析在標(biāo)定過(guò)程中由振幅改變引起的零點(diǎn)漂移所引入的測(cè)量誤差大小。

根據(jù)第3.2節(jié)信號(hào)采集步驟,采集對(duì)應(yīng)振幅下不同流量的信號(hào)。其中,流量為10 kg/min、30 kg/min、60 kg/min和120 kg/min。利用第3.3節(jié)的過(guò)零檢測(cè)算法計(jì)算相位差,計(jì)算結(jié)果同第3.3節(jié)的零點(diǎn)相位差,如表1所示。

依據(jù)科氏質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程[12],正式開(kāi)始水流量標(biāo)定前,首先需要進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整,即剔除零點(diǎn),然后根據(jù)最大流量點(diǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)流量和儀表顯示流量得到儀表系數(shù)K,最后建立流量與相位差的關(guān)系,即qm=K×Δθ,便能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。

為了深入分析在測(cè)量過(guò)程中由振幅改變引起的零點(diǎn)漂移對(duì)測(cè)量誤差的影響規(guī)律,首先剔除零點(diǎn),即將表1中不同振幅下10,30,60,120 kg/min流量的相位差減去對(duì)應(yīng)振幅0 kg/min流量的相位差,然后根據(jù)儀表系數(shù)建立流量與相位差的關(guān)系,如圖5所示。

表1 不同振幅下各流量點(diǎn)的平均相位差計(jì)算值Tab.1 The calculation value of the average phase difference of each flow point under different amplitudes (°)

圖5 剔除準(zhǔn)確零點(diǎn)時(shí)的流量與相位差之間的關(guān)系Fig.5 The relationship between flow rate and phase difference when the accurate zero point is eliminated

在圖5中,剔除準(zhǔn)確的零點(diǎn),斜率為K的過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)直線(xiàn)能準(zhǔn)確地表示流量與相位差的關(guān)系。此時(shí),科氏質(zhì)量流量計(jì)能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。當(dāng)剔除零點(diǎn)不準(zhǔn)確時(shí),根據(jù)儀表系數(shù)K建立流量與相位差的關(guān)系如圖6所示。

圖6 剔除零點(diǎn)不準(zhǔn)確時(shí)的流量與相位差之間的關(guān)系Fig.6 The relationship between flow rate and phase difference when the zero point is inaccurately eliminated

在圖6中,由于剔除零點(diǎn)不準(zhǔn)確,根據(jù)最大流量點(diǎn)建立斜率為K的過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)直線(xiàn)無(wú)法正確表示流量與相位差的關(guān)系。并且,隨著流量減小,測(cè)量點(diǎn)偏離直線(xiàn)愈加嚴(yán)重,在最小流量點(diǎn)處的偏離最大。即表示在剔除零點(diǎn)不準(zhǔn)確時(shí),科氏質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量誤差隨著流量的減小而增大,在最小流量測(cè)量時(shí)會(huì)產(chǎn)生最大誤差。

由于零點(diǎn)與振幅的線(xiàn)性關(guān)系,當(dāng)驅(qū)動(dòng)幅值控制不合理、流體狀態(tài)改變、流量管振動(dòng)特性改變等情況發(fā)生時(shí)[13～17],流量管的振幅會(huì)發(fā)生改變,零點(diǎn)也隨著振幅的改變而改變。當(dāng)振幅圍繞某值在一定范圍內(nèi)上下波動(dòng)時(shí),零點(diǎn)相位差也將隨之圍繞某固定值上下波動(dòng),這種情況可以通過(guò)變送器中的信號(hào)處理算法得到穩(wěn)定零點(diǎn)。但是,在流量測(cè)量過(guò)程中,當(dāng)振幅沿著某個(gè)趨勢(shì)減小或增大時(shí),實(shí)際零點(diǎn)也隨之相應(yīng)地減小或增大,此時(shí)的實(shí)際零點(diǎn)將偏離流量測(cè)量開(kāi)始前進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整時(shí)的零點(diǎn),從而造成零點(diǎn)剔除不準(zhǔn)確,導(dǎo)致零點(diǎn)漂移,引入測(cè)量誤差。

為了定量地分析因振幅改變而引起的零點(diǎn)漂移所導(dǎo)致的測(cè)量誤差,首先剔除準(zhǔn)確的零點(diǎn),然后假設(shè)振幅改變10 mV,根據(jù)圖4的擬合直線(xiàn),零點(diǎn)漂移9.763×10-4°,據(jù)此計(jì)算零點(diǎn)漂移所引入的測(cè)量誤差,結(jié)果如圖7所示。

圖7 振幅改變10 mV引起的零點(diǎn)漂移所導(dǎo)致的測(cè)量誤差Fig.7 The measurement error caused by the zero drift caused by the amplitude change of 10 mV

在最小流量點(diǎn)10 kg/min時(shí),引入的測(cè)量誤差均值為0.727%。在流量為30,60,120 kg/min時(shí)的平均誤差分別為0.244%、0.121%和0.060%。可見(jiàn),較小的振幅改變量引起的零點(diǎn)漂移將會(huì)引入較大的測(cè)量誤差。

由于零點(diǎn)與振幅的線(xiàn)性關(guān)系,振幅改變量越大,引起的零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重,將導(dǎo)致更大的測(cè)量誤差。以349.67 mV為參考振幅,振幅改變量由10 mV增大至80 mV,在不同流量下的測(cè)量誤差如圖8所示。

圖8 振幅改變量由10 mV至80 mV導(dǎo)致的測(cè)量誤差Fig.8 The measurement error caused by the amplitude change from 10 mV to 80 mV

隨著振幅改變量的增大,測(cè)量誤差隨之增大。在最小流量點(diǎn)10 kg/min時(shí),振幅改變量為10 mV所引起的誤差為0.688%,振幅改變量為80 mV所引起誤差的為5.507%。即便在最大流量點(diǎn)120 kg/min時(shí),振幅改變量為80 mV時(shí)所導(dǎo)致的誤差達(dá)0.480%。

因此,穩(wěn)定的振幅有利于減小零點(diǎn)漂移,對(duì)實(shí)現(xiàn)科氏質(zhì)量流量計(jì)精準(zhǔn)測(cè)量至關(guān)重要。在科氏質(zhì)量流量計(jì)的工作中,當(dāng)零點(diǎn)不準(zhǔn)確時(shí),應(yīng)及時(shí)進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。同時(shí),在進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整過(guò)程中,應(yīng)確保標(biāo)定零點(diǎn)時(shí)的振幅與流量測(cè)量時(shí)的振幅保持一致,避免因振幅不一致引起零點(diǎn)剔除不準(zhǔn)確,造成測(cè)量誤差。另外,在流量測(cè)量過(guò)程中,準(zhǔn)確、快速和穩(wěn)定的幅值控制能有效地避免因振幅不穩(wěn)定引起的零點(diǎn)漂移,保證科氏質(zhì)量流量計(jì)的準(zhǔn)確測(cè)量。

5 結(jié) 論

1) 在滿(mǎn)管零流量下,通過(guò)流量管的簡(jiǎn)化模型,建立流量管的彎曲振動(dòng)方程,根據(jù)流量管在驅(qū)動(dòng)力激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng),推導(dǎo)兩檢測(cè)點(diǎn)的位移響應(yīng),并結(jié)合流量管的幅頻特性,得到零點(diǎn)與振幅之間的線(xiàn)性關(guān)系。

2) 在標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置上采集不同振幅、滿(mǎn)管零流量下的兩路傳感器放大信號(hào),編寫(xiě)過(guò)零檢測(cè)算法計(jì)算不同振幅下的零點(diǎn)相位差,建立零點(diǎn)相位差與振幅之間關(guān)系的直線(xiàn),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證零點(diǎn)與振幅的線(xiàn)性關(guān)系。

3) 結(jié)合科氏質(zhì)量流量計(jì)的檢定規(guī)程和不同振幅、不同流量下兩路傳感器放大信號(hào)的相位差,定性分析零點(diǎn)不準(zhǔn)確引入測(cè)量誤差的規(guī)律,然后定量分析由振幅引起的零點(diǎn)漂移導(dǎo)致的測(cè)量誤差,最后針對(duì)性地提出避免零點(diǎn)漂移的措施。