科氏流量计应用于气液两相流测量的实验研究

以空气-水为介质,对科氏流量计应用于气液两相流双参数测量进行了实验研究.实验过程中保持液相流量一定,通过加入不同体积分数的空气来分析含气率对科氏流量计测量精度的影响,采用Weisman垂直上升管气液两相流流型图与实验数据进行了比较.结合实验结果,初步归纳出含气量、流型和科氏流量计测量精度之间的关系,总结出液相中含气影响科氏流量计测量精度的主要因素及其影响规律,为进一步研究科氏流量计气液两相流测量误差修正提供了一种技术方法.     

气液两相流下微弯型科氏质量流量计信号建模

相比于普通的U型和Δ型科氏质量流量计,微弯型科氏质量流量计具有更高的频率和更小的相位差,测量气-液两相流时误差更大。为了揭示气液两相流测量误差的特性,针对微弯型科氏质量流量传感器输出信号的实验数据,采用数字过零检测方法提取流量序列。用概率密度分析流量序列的分布规律,再通过相关分析得到流量序列的数学模型,并验证模型的准确性。该数学模型由稳定分量和波动分量组成。稳定分量对应于气液两相流下流量实际测量的均值,其与真实值之间的偏差反映了气液两相流的测量误差;波动分量反映了瞬时流量测量的稳定性。     

微弯型科氏质量流量计测量气-液两相流研究

与普通U形和Δ形科氏质量流量计相比,微弯型科氏质量流量计固有频率更高、相位差更小,测量气-液两相流时误差更大。为此,设计气-液两相流实验方案,采用课题组研制的科氏质量流量变送器进行气-液两相流实验,采用BP人工神经网络对测量误差进行建模,得到误差模型,实现对气-液两相流测量误差的在线实时修正。实验结果表明,当密度降在0%~30%范围内变化时,通过在线修正,气-液两相流测量误差从原来的最大为-50%减小到-5%~3%以内,取得了很好的效果。     

变传感器设定值的科氏质量流量管控制方法

在科氏质量流量计中,流量管的稳幅振动是准确测量的前提。当两相流发生时,科氏质量流量管无法维持在最佳幅值下振动,导致传感器输出信号幅值波动大。针对两相流下流量管幅值控制面临的问题,分析影响流量管振动幅值大小和稳定性的因素,提出跟踪传感器信号幅值、变传感器信号设定值的控制方法,在研制的数字式科氏质量流量变送器上实时实现,并在气-液两相流实验装置上进行2种设定值方法的对比实验。实验结果表明,在不同含气量和控制及时性的情况下,变传感器设定值的控制方法均具有良好的信号跟踪和幅值控制的性能,流量管振动较平稳,传感器信号幅值波动范围小,极大地减小了两相流测量过程中的波动性。     

科氏质量流量计振动幅值的仿人智能控制方法

测量管振动的稳定性、可靠性是科氏质量流量计实现精确计量的基础。针对科氏质量流量计振动幅值控制问题,设计了一种仿人智能控制方法,将科氏质量流量计测量管振动分为起振稳幅和干扰抑制两个阶段,根据幅值偏差及偏差变化率分别划分出5种和3种不同的特征状态,构建特征状态集;对于不同的特征状态,分别设计相应控制模态,构建控制模态集,同时设计启发式搜索和直觉推理规则集。控制过程中,先根据偏差及偏差变化率辨识出当前振动状态,依据推理规则集选择相应的控制模态进行振动控制。实验结果表明,所提方法可以实现科氏质量流量计快速起振,且振幅稳定,验证了方法优越性和工程实用性。     

流体脉动对直管科氏流量计测量性能的影响分析

以直管科里奥利质量流量计为研究对象,给出被测流体脉动时测量管的振动微分方程,讨论了方程的求解过程.解的结果显示在脉动流作用下,科氏质量流量计测量管振动位移中叠加了脉动频率成分.并分析了流体脉动频率为一些特定值时,对科氏流量计的测量性能的影响,得出了与实验结果基本上一致的结论.     

高精度的科氏流量计频率估计方法及应用

为提高科氏流量计的流量测量精度,在分析科氏流量计现有频率估计方法问题的基础上,提出一种高精度的科氏流量计频率估计方法。采用FFT法对流量信号进行短时频率估计,以提高陷波器收敛速度;利用负反馈控制原理,通过设置一个评价因子来实时监测调整陷波参数,实现信号频率的长时跟踪。文中阐述了所提方法的基本思路、具体措施和实现步骤。仿真结果表明,所提方法可实现信号频率的快速估计,长时跟踪精度更高,普适性更强。工程应用也证实了所提方法的有效性。     

科氏质量流量计灵敏度温度补偿方法研究

科氏质量流量传感器(Coriolis Mass Flowmeter,简称CMF)是高精度直接敏感流体质量流量的多参数测量仪表,精度高,重复性好。随着质量流量计的广泛应用,用户逐渐开始关注外界因素产生的测量误差,其中流体温度对测量精度的影响是用户关注的主要误差之一。本文从科氏质量流量计的敏感机理出发,建立流量计的灵敏度模型,并依据材料的弹性模量随温度变化的模型,建立了流量计的灵敏度和温度的补偿模型。改造现有的静态称重法质量流量计标定装置,对建模的流量计进行精度与流体温度的实验研究。理论与实验结果表明:科氏质量流量计随着流体温度的升高,将产生正向的测量误差,误差与温度的关系为二次曲线关系,在特定的温度范围内,可以简化为直线关系;利用论文研究的温度补偿模型,流量计从未补偿时的温度与精度关系+0.05347%/℃降低为补偿后的-0.00625%/℃,补偿效果显著。     

科氏质量流量计相位差检测新方法

基于科氏质量流量计的工作机理和实际工作情况下的信号频谱分析,提出了切实可行的相位差检测新方法。设计了改进的FIR数字滤波器,实现了对原始输出信号的实时滤波处理,有效地抑制了噪声的干扰,为科氏质量流量计的高精度测量提供了保证。同时该新方法提高了系统的动态品质。实验结果表明,所提出的方法和设计的信号处理系统具有实用价值。     

周期性脉动流对涡街流量计的影响及解决方法

涡街流量计易受到由管道振动和流场扰动引起的噪声干扰，现场的测量精度得不到保证。文中分析了周期性脉动流对涡街流量计测量的影响，探讨了在脉动流干扰下出现的锁定现象，提出自适应陷波和解调方法相结合的方法，以提高涡街流量计的测量精度，并给出判断锁定现象的准则。     

Theoretical study of vertical slug flow measurement by data fusion from electromagnetic flowmeter and electrical resistance tomography

Electrical resistance tomography (ERT) can be used to obtain the conductivity distribution or the phase distribution of gas/liquid flows (e.g. slug flow). Using proper parameter models and flow regime identification models, the measurement of phase size, void fraction, and pattern recognition can be realized. Electromagnetic flowmeters have been used to measure conductive single-phase liquid flows. However, neither ERT nor electromagnetic flowmeters (EMF) can provide accurate measurement of gas/liquid two-phase flows. This paper presents an approach to fuse the information from ERT and an electromagnetic flowmeter. A model for the measurement signal from the electromagnetic flowmeter has been developed based on the flow pattern and the phase distributions, which are obtained from the reconstructed images of ERT, aiming to reduce the measurement error of the electromagnetic flowmeter and enhance the measurement accuracy. Through the simulation research of virtual current density distribution, the feasibility of fusion of electromagnetic flowmeter and ERT to measure gas/liquid two-phase vertical slug flow is verified. By theoretical analysis, the relationship between the output of electromagnetic flowmeter and flow parameters is established. The electrical potential difference of the electromagnetic flowmeter, average velocity, volume flow rate and gas void fraction between the bubble size and location are also investigated. The fusion approach can be used to measure vertical slug flows.     

计及负频率影响的科里奥利质量流量计信号处理方法

采用滑动Goertzel算法计算科里奥利质量流量计信号的相位差时，存在较长的收敛过程，其主要原因之一是忽略了负频率成分的贡献。基于DTFT递推算法，提出了一种计及负频率影响的科里奥利质量流量计信号处理方法。首先采用自适应格型陷波滤波器对科里奥利质量流量计的传感器输出信号进行滤波并求得其频率，然后采用计及负频率影响的DTFT递推算法计算两路信号之间的实时相位差，再通过频率和相位差计算出时间差，从而求得质量流量。仿真结果表明，该方法可极大缩短相位差和时间差计算的收敛过程，具有较高的计算精度，且当应用于实际的系统时不易发生数值溢出。     

Investigation of the batch measurement errors for single-straight tube Coriolis mass flowmeters

Batch flow is a typical method for calibrating Coriolis flowmeters. It is also an important application for Coriolis flowmeters in the process industry. Batch processes of short duration or from empty have been identified as an important development for Coriolis flowmeters. The measurement of total mass by a commercially available single-straight tube Coriolis flowmeter compared with a weigh scale is presented in this paper. A theoretical understanding for short batch is also provided by numerical simulations of both deterministic and probabilistic parameters. The simulation results agree with the batch tests and may, at least partially, explain the experimental findings.     

科里奥利质量流量计传感器零点模型研究及应用

科里奥利质量流量计以其直接测量质量流量的特点,成为近年来发展最为迅速的流量仪表之一,已经成为贸易结算的首选计量器具。虽然科里奥利质量流量计的测量精度很高,但是其存在零点漂移的缺陷,降低了仪表的长期稳定性。本文以典型的U型振动管传感器为例,基于振动管的幅频和相频特性,分析了传感器的各阶模态对于工作频率的响应,以此建立了传感器的初始相位模型。通过样机实验证明,该理论模型在应用于薄壁振动管时具有较高的计算精度和适用性,并将科里奥利质量流量计在低温介质测量中的测量误差降低到±0.3%以内,也为抑制科里奥利质量流量计零点漂移提供了理论依据。     

基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法

科氏流量计相位差估计方法存在计算量较大、计算复杂、实时性和计算精度较差等问题,已不能满足复杂环境高精度流量测量领域的需求。为此,提出一种基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法。首先,采用快速傅里叶变换(FFT)对传感器信号进行频率预估计,对信号是否整周期进行判断,对非整周期的信号进行数据延拓处理;然后,对任一路传感器信号进行自相关运算得到一路同频参考信号;对3路同频信号进行Hilbert变换,将3路变换后的信号与变换前信号进行相关运算,再利用三角函数公式即可求出相位差。与原有方法相比,所提方法克服了非整周期采样的影响,实时性、动态性更强,相位差估计精度更高,仿真分析与实测结果均证实了所提方法的有效性和优越性。     

A DSP-based signal processing method and system for CMF

A set of digital signal processing method is formed by combining a digital band-pass filter, an adaptive lattice notch filter and the DTFT algorithm considering negative frequency contribution for processing the signals of Coriolis mass flowmeter. A digital Coriolis mass flow transmitter is developed with a DSP chip to realize the signal processing approach. Some effective measures are proposed to ensure high accuracy and real time of this approach in the implementation. Simulations, electrical signal tests and water flowrate calibrations are conducted to validate the performances of the method and the system.     

A Coriolis mass flowmeter based on a new type of elastic suspension

After a survey of the existing Coriolis mass flowmeters, all based upon the elastic deformation of the resonant sensor, this paper describes a new type of Coriolis mass flowmeter realised, in a prototypal way, in the DIME laboratories. The flowmeter prototype is composed of two attached elements: a stiff tube and an original system of independent elastic suspension which lets the whole sensor vibrate. In such a way, the new type of elastic suspension permits measurement independent from the elastic properties of the tube, not subject to deformation, realising a new mass flow sensor. The DIME prototype, which is described in the present paper, was studied and realised with the main aim of checking the mechanical behaviour of the new type of uncoupled elastic suspension.

Being the prototype and not a production-engineered version, for which it is possible to provide the metrological performances, the DIME flowmeter was tested on the DIME calibration facility, and the experimental results, which prove the linear behaviour of the prototype, are reviewed.