基於輔助電磁鐵的科裡奧利質量流量計零點穩定方法

2023-12-10 05:02:06 1

專利名稱：基於輔助電磁鐵的科裡奧利質量流量計零點穩定方法
技術領域：
本發明涉及科裡奧利質量流量計中的零點穩定方法，特別是涉及一種基於輔助電磁鐵的科裡奧利質量流量計零點穩定方法。
背景技術：
科裡奧利質量流量計(以下簡稱科氏流量計)，是利用流體流過振動著的振動管時，產生的科氏力，並利用傳感器檢測到的因科氏力產生的扭轉角來測量出流體的質量。這種流量計可對一般液體、密度較高的氣體等進行測量。科氏流量計由振動管(一般呈對稱狀)及安裝其上的驅動電磁鐵(安裝在振動管對稱點)、檢測電磁鐵(兩個檢測電磁鐵以驅動電磁鐵為中心點對稱安裝在振動管左右兩側)、溫度計以及與之相聯結的二次儀表所構成。 其中振動管有彎管、直管、單管、雙管之分，是科氏流量計最關鍵的部件，它的性能穩定與否直接關係到科氏流量計的性能穩定與否。科氏流量計應用於溫度變化的測量場合時，如環境溫度變化或被測介質溫度變化場合時，科氏流量計的零點經常會發生漂移，使得流量計的測量精度降低，尤其是在小流量測量時，零點漂移使得流量計誤差急劇增大，嚴重時甚至使得科氏流量計無法正常計量。零點漂移主要是由于振動管左右兩側的振動阻尼的不均衡變化引起的，體現在檢測電磁鐵的輸出信號上，表現為左右兩側速度傳感器輸出的正弦信號的幅值的不均衡變化。零點漂移的原因包括以下兩點1)左右速度信號幅值的共模變化(由振動管左右兩側振動阻尼的共模變化引起)；2)左右速度信號幅值的差模變化(由振動管左右兩側振動阻尼的差模變化引起)。目前對於零點漂移的解決方案，一般都是採用對溫度不敏感的金屬材料作為振動管的加工材料，或採用複雜的金屬處理工藝使得振動管對溫度變化不敏感，以獲得穩定的零點性能。該方案存在的不足之處是導致科氏流量計的生產成本非常高，進而導致銷售價格非常高，嚴重製約了科氏流量計的推廣使用。因此，如何使用簡單材料簡單工藝獲得穩定的零點性能，成為科氏流量計行業發展的瓶頸性問題。專利US20050251351A1採用取消傳統的安裝于振動管對稱點的驅動電磁鐵，並在左右檢測電磁鐵處分別安裝兩個驅動電磁鐵，通過二次儀表分別激勵兩驅動電磁鐵並保證兩檢測電磁鐵處的振動幅值相同的方案，克服導致零點漂移的兩點原因，以此獲得穩定的零點性能。該方案存在著一些不足
兩驅動電磁鐵分別激勵，需要兩套相對獨立的激勵電路，導致二次儀表電路複雜化，並且導致科氏流量計整機消耗功率過大；兩驅動電磁鐵分別激勵，需要分別計算各路驅動電磁鐵的功率放大因子，導致二次儀表控制迴路複雜化，並且成本較高。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於輔助電磁鐵的科裡奧利質量流量計零點穩定方法，由驅動反饋環、左反饋環和右反饋環共同實現，可用較低的成本獲得穩定的零點性能。為達到上述目的，本發明採用的技術方案如下
本發明的零點穩定方法是由驅動反饋環、左反饋環和右反饋環共同實現，其中，驅動反饋環消除振動管左右兩側振動阻尼共模變化引起的零點漂移，左反饋環消除振動管左側振動阻尼差模變化引起的零點漂移，右反饋環消除振動管右側振動阻尼差模變化引起的零點漂移。所述的驅動反饋環消除振動管左右兩側振動阻尼共模變化引起的零點漂移方法， 是由安裝在振動管對稱點的驅動電磁鐵和輔助檢測電磁鐵，以及內置於二次儀表中的包含中間幅值檢測電路、中間幅值設定電路、中間放大設定電路和中間驅動電路的驅動控制電路來實現，通過中間幅值檢測電路檢測從輔助檢測電磁鐵輸出的正弦電流幅值，並與預先存在中間幅值設定電路的設定幅值作比較，比較得出的差值做為控制變量，通過中間放大設定電路，用以調整中間驅動電路輸入到驅動電磁鐵的正弦電流放大因子，從而維持驅動電磁鐵處的振動管振幅恆定。所述的左反饋環消除振動管左側振動阻尼差模變化引起的零點漂移方法，是由安裝在振動管左側的左檢測電磁鐵和左輔助驅動電磁鐵，以及內置於二次儀表中的包含左幅值檢測電路、左幅值設定電路、左放大設定電路和左輔助驅動電路的左控制電路來實現，通過左幅值檢測電路檢測從左檢測電磁鐵輸出的正弦電流幅值，並與預先存在左幅值設定電路的設定幅值作比較，比較得出的差值做為控制變量，通過左放大設定電路，控制左輔助驅動電路輸入到左輔助驅動電磁鐵的直流電流，以此控制左輔助驅動電磁鐵輸出的靜態力， 從而通過改變左檢測電磁鐵處振動管雙管之間的距離來改變左檢測電磁鐵處振動管的振動阻尼，維持左檢測電磁鐵處的振動管振幅穩定。所述的右反饋環消除振動管右側振動阻尼差模變化引起的零點漂移方法，是由安裝在振動管右側的右檢測電磁鐵和右輔助驅動電磁鐵，以及內置於二次儀表中的包含右幅值檢測電路、右幅值設定電路、右放大設定電路和右輔助驅動電路的右控制電路來實現，通過右幅值檢測電路檢測從右檢測電磁鐵輸出的正弦電流幅值，並與預先存在右幅值設定電路的設定幅值作比較，比較得出的差值做為控制變量，通過右放大設定電路，控制右輔助驅動電路輸入到右輔助驅動電磁鐵的直流電流，以此控制右輔助驅動電磁鐵輸出的靜態力， 從而通過改變右檢測電磁鐵處振動管雙管之間的距離來改變右檢測電磁鐵處振動管的振動阻尼，維持右檢測電磁鐵處的振動管振幅穩定。本發明具有的有益效果是
(1)根據振動管自身的振動性能，實時檢測並調整振動管阻尼，確保科氏流量計的零點穩定，從而為科氏流量計在複雜工業現場的應用創造了有利條件。(2)採用簡單的材料製造振動管，且不需要複雜的金屬處理工藝，有效降低科氏流量計的生產成本，有利於科氏流量計的推廣使用。(3)所有控制迴路均由簡單的模擬電路實現，不涉及複雜的控制算法，可靠性高。本發明可以使用在任意對稱形狀的彎管、直管、單管、雙管等科氏流量計中。


圖1是本發明與振動管及二次儀表相裝配的簡化示意圖。
圖2是本發明中驅動反饋環的工作原理圖。圖3是本發明中右反饋環的工作原理圖。圖4是本發明中左反饋環的工作原理圖。圖中1、振動管，2、二次儀表，3、驅動電磁鐵，4、輔助檢測電磁鐵，5、驅動控制電路，5A、中間幅值檢測電路，5B、中間幅值設定電路，5C、中間放大設定電路，5D中間驅動電路、，6、左檢測電磁鐵，7、左輔助驅動電磁鐵，8、左控制電路，8A、左幅值檢測電路，8B、左幅值設定電路，8C、左放大設定電路，8D、左輔助驅動電路，9、右檢測電磁鐵，10、右輔助驅動電磁特，11、右控制電路，11A、右幅值檢測電路，11B、右幅值設定電路，11C、右放大設定電路， 11D、右輔助驅動電路。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的具體實施方式
。如圖1所示，本發明的零點穩定方法是由驅動反饋環、左反饋環和右反饋環共同實現，可以使用在任意對稱形狀的彎管、直管、單管、雙管等科氏流量計中。其中，驅動反饋環消除振動管1左右兩側振動阻尼共模變化引起的零點漂移，左反饋環消除振動管1左側振動阻尼差模變化引起的零點漂移，右反饋環消除振動管1右側振動阻尼差模變化引起的零點漂移。如圖2所示，所述的驅動反饋環消除振動管1左右兩側振動阻尼共模變化引起的零點漂移方法，是由安裝在振動管1對稱點的驅動電磁鐵3和輔助檢測電磁鐵4，以及內置於二次儀表2中的包含中間幅值檢測電路5A、中間幅值設定電路5B、中間放大設定電路5C 和中間驅動電路5D的驅動控制電路5來實現，通過中間幅值檢測電路5A檢測從輔助檢測電磁鐵4輸出的正弦電流幅值，並與預先存在中間幅值設定電路5B的設定幅值作比較，比較得出的差值做為控制變量，通過中間放大設定電路5C，用以調整中間驅動電路5D輸入到驅動電磁鐵3的正弦電流放大因子，從而維持驅動電磁鐵處的振動管振幅恆定。如圖2所示，示意性地表示了本發明驅動反饋環中驅動電磁鐵3、輔助檢測電磁鐵 4、驅動控制電路5相互配合以消除振動管1左右兩側振動阻尼共模變化影響的工作原理。 輔助檢測電磁鐵4檢測振動管1的振動，並輸出與振動管1振動速度成比例的正弦信號。輔助檢測電磁鐵4輸出的正弦信號一方面通過中間驅動電路5D進行電壓及功率放大(放大倍數由中間放大設定電路5C確定)，再輸入到驅動電磁鐵3中產生正弦力驅動振動管1振動。 輔助檢測電磁鐵4、中間驅動電路5D、驅動電磁鐵3、振動管1共同組成閉環、自激、諧振系統，確保振動管1在其固有頻率處振動。如圖2所示，輔助檢測電磁鐵4輸出的正弦信號另一方面通過中間幅值檢測電路 5A，檢測出該正弦信號的幅值，並與中間幅值設定電路5B設定的幅值，在中間減法器中相減，相減所得到的差值輸入到中間放大設定電路5C，做為控制變量計算得到中間驅動電路 5D的電壓及功率放大倍數。當振動管1受到溫度影響，振動阻尼變大(變小)時，輔助檢測電磁鐵4輸出的正弦信號幅值變小(變大)，與設定幅值的差值相應變大(變小)，導致中間驅動電路5D放大倍數與輸入到驅動電磁鐵3的正弦電流同時變大(變小)，這樣，振動管1就能維持在恆定的振幅振動，消除了由於溫度變化引起的振動阻尼變化對科氏流量計零點的影響。CN 102183278 A
說明書
4/5頁如圖3、圖4所示，示意性地表示了本發明右反饋環中右檢測電磁鐵9、右輔助驅動電磁鐵10、右控制電路11相互配合工作，以及左反饋環中左檢測電磁鐵6、左輔助驅動電磁鐵7、左控制電路8相互配合工作，共同消除振動管1左右兩側振動阻尼的差模變化的工作原理。如圖3所示，所述的右反饋環消除振動管1右側振動阻尼差模變化引起的零點漂移方法，是由安裝在振動管1右側的右檢測電磁鐵9和右輔助驅動電磁鐵10，以及內置於二次儀表2中的包含右幅值檢測電路11A、右幅值設定電路11B、右放大設定電路IlC和右輔助驅動電路IlD的右控制電路11來實現，通過右幅值檢測電路IlA檢測從右檢測電磁鐵 9輸出的正弦電流幅值，並與預先存在右幅值設定電路IlB的設定幅值作比較，比較得出的差值做為控制變量，通過右放大設定電路11C，控制右輔助驅動電路IlD輸入到右輔助驅動電磁鐵10的直流電流，以此控制右輔助驅動電磁鐵10輸出的靜態力，從而通過改變右檢測電磁鐵9處振動管1雙管之間的距離來改變右檢測電磁鐵9處振動管1的振動阻尼，維持右檢測電磁鐵處的振動管振幅穩定。如圖3所示，是本發明右反饋環中右檢測電磁鐵9、右輔助驅動電磁鐵10、右控制電路11相互配合以消除振動管1右振動阻尼變化影響的工作原理圖。右檢測電磁鐵9檢測檢測振動管1右側的振動，並輸出與振動管1右側振動速度成正比例的正弦信號。右檢測電磁鐵9輸出的正弦信號一方面輸入二次儀表2以檢測流量，另一方面通過右幅值檢測電路11A，檢測出該正弦信號的幅值，並與右幅值設定電路IlB設定的幅值，在右減法器中相減，相減所得到的差值輸入到右放大設定電路11C，做為控制變量計算右輔助驅動電路IlD 的輸出電流。右輔助驅動電路1ID輸出一直流電流，流經右輔助驅動電磁鐵10，產生一靜態作用力，改變振動管1右側兩管之間的距離，以此改變振動管1右側的振動性能，尤其是振動阻尼。如圖3所示，當振動管1右側受到溫度影響，振動阻尼改變時，右檢測電磁鐵9輸出的正弦信號幅值改變，與設定幅值的差值相應改變，導致右放大設定電路IlC的輸出電壓改變，流經右輔助驅動電磁鐵10的直流電流改變，產生的靜態作用力改變，振動管1右側兩管之間的距離改變。此過程一直實時調整，直到振動阻尼再次變回受溫度影響前的狀態， 從而消除了由於溫度變化引起的振動管1右側振動阻尼變化對科氏流量計零點的影響。如圖4所示，所述的左反饋環消除振動管1左側振動阻尼差模變化引起的零點漂移方法，是由安裝在振動管1左側的左檢測電磁鐵6和左輔助驅動電磁鐵7，以及內置於二次儀表2中的包含左幅值檢測電路8A、左幅值設定電路8B、左放大設定電路8C和左輔助驅動電路8D的左控制電路8來實現，通過左幅值檢測電路8A檢測從左檢測電磁鐵6輸出的正弦電流幅值，並與預先存在左幅值設定電路8B的設定幅值作比較，比較得出的差值做為控制變量，通過左放大設定電路8C，控制左輔助驅動電路8D輸入到左輔助驅動電磁鐵7的直流電流，以此控制左輔助驅動電磁鐵7輸出的靜態力，從而通過改變左檢測電磁鐵6處振動管1雙管之間的距離來改變左檢測電磁鐵6處振動管1的振動阻尼，維持左檢測電磁鐵處的振動管振幅穩定。 如圖4所示，是本發明左反饋環中左檢測電磁鐵6、左輔助驅動電磁鐵7、左控制電路8相互配合以消除振動管1左振動阻尼變化影響的工作原理圖。左檢測電磁鐵6檢測檢測振動管1左側的振動，並輸出與振動管1左側振動速度成正比例的正弦信號。左檢測電磁鐵6輸出的正弦信號一方面輸入次儀表2以檢測流另_ -方面通過左幅值檢測電路 8Α,檢測出該正弦信號的幅值,並與左幅值設定電路8Β設定的幅值,在左減法器中相減,差值輸入到左放大設定電路8C,決定左輔助驅動電路8D的輸出電流。左輔助驅動電路8D輸出一直流電流,流經左輔助驅動電磁鐵7,產牛-靜態作用力，改變振動管1左側兩管之間的距離，以此改變振動管1左側的振動性能，Λ其是振動阻尼。 閣4所示，當振動育1左側受到溫度影響，振動阻尼改變時，左檢測電磁鐵6輸出的正弦信號幅值改變,與設定幅值的差值相應改變，導致左放大設定電路8C的輸出電壓改變，流經左輔助驅動電磁鐵7的直流電流改變,產屮的靜態作用力改變,振動管1左側W管之間的距離改變。此過程一直實時調整,直到振動阻Jfl冉次變回受溫度影響前的狀態，從而消除丫山於溫度變化引起的振動管1左側振動阻尼變化對科氏流M計零點的影響。
權利要求
1.一種基於輔助電磁鐵的科裡奧利質量流量計零點穩定方法，其特徵在於零點穩定方法是由驅動反饋環、左反饋環和右反饋環共同實現，其中，驅動反饋環消除振動管(1)左右兩側振動阻尼共模變化引起的零點漂移，左反饋環消除振動管(1)左側振動阻尼差模變化引起的零點漂移，右反饋環消除振動管(1)右側振動阻尼差模變化引起的零點漂移。
2.根據權利要求1所述的基於輔助電磁鐵的科裡奧利質量流量計零點穩定方法，其特徵在於所述的驅動反饋環消除振動管(1)左右兩側振動阻尼共模變化引起的零點漂移方法，是由安裝在振動管(1)對稱點的驅動電磁鐵(3)和輔助檢測電磁鐵(4)，以及內置於二次儀表(2)中的包含中間幅值檢測電路(5A)、中間幅值設定電路(5B)、中間放大設定電路(5C)和中間驅動電路(5D )的驅動控制電路(5 )來實現，通過中間幅值檢測電路(5A)檢測從輔助檢測電磁鐵(4)輸出的正弦電流幅值，並與預先存在中間幅值設定電路(5B)的設定幅值作比較，比較得出的差值做為控制變量，通過中間放大設定電路(5C)，用以調整中間驅動電路(5D)輸入到驅動電磁鐵(3)的正弦電流放大因子，從而維持驅動電磁鐵處的振動管振幅恆定。
3.根據權利要求1所述的基於輔助電磁鐵的科裡奧利質量流量計零點穩定方法，其特徵在於所述的左反饋環消除振動管(1)左側振動阻尼差模變化引起的零點漂移方法， 是由安裝在振動管(1)左側的左檢測電磁鐵(6 )和左輔助驅動電磁鐵(7 )，以及內置於二次儀表(2)中的包含左幅值檢測電路(8A)、左幅值設定電路(8B)、左放大設定電路(8C)和左輔助驅動電路(8D )的左控制電路(8 )來實現，通過左幅值檢測電路(8A)檢測從左檢測電磁鐵(6)輸出的正弦電流幅值，並與預先存在左幅值設定電路(8B)的設定幅值作比較，比較得出的差值做為控制變量，通過左放大設定電路(8C)，控制左輔助驅動電路(8D)輸入到左輔助驅動電磁鐵(7)的直流電流，以此控制左輔助驅動電磁鐵(7)輸出的靜態力，從而通過改變左檢測電磁鐵(6 )處振動管(1)雙管之間的距離來改變左檢測電磁鐵(6 )處振動管(1) 的振動阻尼，維持左檢測電磁鐵處的振動管振幅穩定。
4.根據權利要求1所述的基於輔助電磁鐵的科裡奧利質量流量計零點穩定方法，其特徵在於所述的右反饋環消除振動管(1)右側振動阻尼差模變化引起的零點漂移方法， 是由安裝在振動管(1)右側的右檢測電磁鐵(9)和右輔助驅動電磁鐵(10)，以及內置於二次儀表(2)中的包含右幅值檢測電路(11A)、右幅值設定電路(11B)、右放大設定電路(IlC) 和右輔助驅動電路(IlD)的右控制電路(11)來實現，通過右幅值檢測電路(IlA)檢測從右檢測電磁鐵(9)輸出的正弦電流幅值，並與預先存在右幅值設定電路(IlB)的設定幅值作比較，比較得出的差值做為控制變量，通過右放大設定電路(11C)，控制右輔助驅動電路 (11D)輸入到右輔助驅動電磁鐵(10)的直流電流，以此控制右輔助驅動電磁鐵(10)輸出的靜態力，從而通過改變右檢測電磁鐵(9)處振動管(1)雙管之間的距離來改變右檢測電磁鐵(9)處振動管(1)的振動阻尼，維持右檢測電磁鐵處的振動管振幅穩定。
全文摘要
本發明公開了一種基於輔助電磁鐵的科裡奧利質量流量計零點穩定方法。由驅動反饋環、左反饋環和右反饋環共同實現，其中，驅動反饋環消除振動管左右兩側振動阻尼共模變化引起的零點漂移，左反饋環和右反饋環共同消除振動管左右兩側振動阻尼差模變化引起的零點漂移。根據振動管自身的振動性能，實時檢測並調整振動管阻尼，確保科氏流量計的零點穩定，從而為科氏流量計在複雜工業現場的應用創造有利條件；採用簡單的材料製造振動管，且不需要複雜的金屬處理工藝，有效降低科氏流量計的生產成本，有利於科氏流量計的推廣使用；所有控制迴路均由簡單的模擬電路實現，不涉及複雜的控制算法，可靠性高。本發明可以使用在任意彎管、直管型科氏流量計上。
文檔編號G01F1/80GK102183278SQ20111005217
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者傅新, 葉朋, 王利軍, 胡亮 申請人:浙江大學