双管型科氏质量流量传感器非线性影响抑制研究

双管型科氏质量流量传感器输出信号中存在以倍频信号为主的非线性现象,已从数值分析角度进行溯源,本文借助ANSYS有限元分析软件构建全参数化模型,通过仿真实验进一步验证数值模型的可靠性;并通过分析耦合系统中测量管质量、定距板厚度、激励力大小对非线性振动的影响,证明测量管刚度和约束刚度对非线性的抑制有重要影响;进而采用附加质量法改善耦合系统局部刚度来抑制非线性倍频现象,结果显示改善局部刚度可以有效抑制和消除非线性现象;并且开展非线性抑制实验,结果符合仿真分析,验证了理论研究的正确性。为进一步细化非线性抑制方案、开展非线性抑制实验提供了理论支撑和技术指导,并可结合具体测量环境和测量需求,针对性的抑制或消除非线性现象,作为下一步CMF优化设计依据。     

数字科氏质量流量计正负阶跃交替激励启振方法

数字驱动由于其控制算法的灵活性可以有效地提高科氏质量流量计的工作性能.针对数字驱动的启振问题,本文基于模型分析和实验仿真,提出了正负阶跃交替激励启振方法.该方法通过跟踪检测传感器自激输出信号相位进行正负阶跃交替激励,使流量管的振动幅值持续、可靠地快速增大,进而结合非线性幅值控制算法和频率估计,可使流量管启振时间大幅度地缩短,克服了传统启振方法的局限性.针对高准型CNG050型科氏质量流量传感器,研制了基于DSP的二次仪表,并进行实验研究,验证了该启振方法的可靠性和优越性.     

数字信号处理技术在科氏质量流量计中的应用

科氏质量流量计是目前应用范围最广、发展速度最快的流量计之一。数字信号处理技术是科氏质量流量计的核心技术,直接决定其测量精度、测量稳定性等性能指标;而流量传感器输出信号的数学模型是信号处理的依据和基础。国内外学者提出了多种信号处理方法,但是,没有根据不同的信号模型和不同的应用场合对各种信号处理方法进行比较和评价。为此,根据不同数字信号处理方法的特征量提取原理,分析了其具有的优缺点。针对科氏质量流量计单相流、批料流与气液两相流测量这3种典型应用场合中存在的关键技术问题,依据随机游动信号模型、突变信号模型和自回归滑动平均(ARMA)信号模型,分别从计算精度、响应速度、收敛性、抗干扰能力和对参数变化的敏感度等方面,对不同信号处理方法进行考核和对比,确定了3种典型应用场合下,解决关键技术问题,性能最佳的数字信号处理方法。     

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。     

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.     

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。     

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。     

科氏质量流量计数字闭环系统的设计与实现

提出并实现了一种科氏质量流量计的新型数字闭环系统。其闭环幅度控制基于数字信号处理方法和数字控制律，改善了系统的动态品质、稳态精度和抗干扰能力；系统设计综合了模拟技术和数字技术优势，降低了硬件成本和算法复杂度。     

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。     

基于ANSYS的科氏质量流量计寿命分析

长期的应力作用于流量计振动管会使流量计振动管发生疲劳,产生疲劳裂纹,疲劳裂纹以一定的速率扩展,最后导致振动管断裂。基于ANSYS软件,结合金属疲劳定量理论,从静力学方面分析了ZLJC7型科氏质量流量计振动管被扭转时受到的剪应力的分布及在剪应力作用下振动管断裂的方向。     

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.     

High-precision Coriolis mass flowmeter for bulk material two-phase flows

For measuring or dosing purposes in gas/solid two-phase flows (non-pressurized and pressurized systems) a mass flux measurement device based on the Coriolis principle has been developed. The Coriolis flowmeter developed is applicable for on-line measurements of the mass flux, showing a fast response time to load variations and measuring accuracies of ±1% of the actual measured value. The Coriolis flowmeter was successfully tested in pilot and industrial plants. Different granular materials, such as coal dust, quartz sand, feldspar, plastic granulates and foodstuffs have been measured already. In practice, the Coriolis flowmeter has shown reliable operation in various applications in process engineering. The integration of the Coriolis flowmeter into advanced control systems for feeding or dosing purposes opens new possibilities for on-line control and exact dosing of gas/solid two-phase flows.     

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。     

科里奥利颗粒料质量流量计流量公式理论分析

本文通过对科里奥利固体颗粒料质量流量计的结构分析，认为该流量计无法获取实时的质量流量，并对公开的瞬时流量计算公式进行了理论分析，说明其理论上的缺陷，给出了详细的推证过程和更为精确的理论计算方法和措施。     

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。     

Coriolis flowmeter damping for two-phase flow due to decoupling

Coriolis flowmeters experience measurement errors due to both single- and two-phase flow. For two-phase flow, severe damping may occur, which leads to a (temporary) inability of the flowmeter to operate. The dominating part of the damping is caused by decoupling of the continuous and the dispersed phase. This paper presents the theory of damping due to decoupling in two-phase flow. Using a simple structural model, we provide examples of mixtures with water as the continuous phase. The dispersed phase is either air, or oil or sand.     

Analytical calculation of sensitivity for Coriolis mass flowmeter

A simple analytical method is introduced to calculate the sensitivity of Coriolis mass flowmeter (CMF). The definition of the sensitivity is further developed based on the reciprocity principle, through employing two approaches: selecting the moment when the displacement of drive point is zero as the calculation moment; reducing the degree of high-order static indeterminacy by taking a half of the structure due to symmetry in structure and anti-symmetry in load. With these approaches, the method can be used to calculate sensitivities for the flowmeters with any shaped tubes and anywhere detected positions; thus, provides theory basis for tube shape design and detected positions determination. Detail analytical calculations for typical Straight-Circle-joint-shaped CMFs are illustrated. The method is validated on a published U-CMF and then, is further illustrated and experimentally validated through predicting the most sensitive detected point for a narrowed-U-CMF.