谐振式科里奥利质量流量计.pdf

收藏

编号:20181207143028694954    类型:共享资源    大小:93.21KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
5
金币
关 键 词:
科里奥利质量流量计 pdf 科里奥利质量流量 质量流量计 流量计 PDF 谐振式 质量流量 科里奥利
资源描述:
收 稿 日 期 : l?9?9?9?-?0?6?-?l?5? 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 6?9?6?7?4?0?2?9?) 作 者 简 介 : 樊 尚 春 ( l?9?6?2? -? ) , 男 , 内 蒙 包 头 人 , 教 授 , l?0?0?0?8?3?, 北 京 .? 谐 振 式 科 里 奥 利 质 量 流 量 计 樊 尚 春 ( 北 京 航 空 航 天 大 学 自 动 控 制 系 ) 刘 广 建 ( 国 航 天 津 分 公 司 航 修 厂 ) 宋 治 生 ( 北 京 航 空 航 天 大 学 自 动 控 制 系 ) 摘 要 : 对 谐 振 式 科 里 奥 利 质 量 流 量 计 的 基 本 敏 感 机 理 进 行 了 论 述 .?基 于 典 型 的 U? 型 管 敏 感 结 构 , 建 立 了 谐 振 式 直 接 质 量 流 量 计 的 数 学 模 型 , 给 出 了 检 测 质 量 流 量 的 信 号 解 算 模 型 , 设 计 了 一 种 信 号 解 算 电 路 并 研 制 了 相 应 的 样 机 .?实 测 结 果 表 明 : 所 研 制 的 信 号 检 测 电 路 的 测 量 误 差 小 于 0?.?l?%?, 具 有 一 定 的 实 用 价 值 , 为 样 机 研 制 提 供 了 具 有 一 定 参 考 意 义 的 理 论 和 实 验 研 究 结 果 .? 关 键 词 : 质 量 流 量 计 ; 传 感 器 ; 检 测 ; 科 氏 效 应 中 图 分 类 号 : T?H? 8?l?4?+?.?6? 文 献 标 识 码 : A?文 章 编 号 : l?0?0?l?-?5?9?6?5? ( 2?0?0?0?) 0?6?-?0?6?5?3?-?0?3? !?问 题 的 提 出 在 工 业 生 产 过 程 中 , 流 量 是 需 经 常 测 量 和 控 制 的 参 数 之 一 .?随 着 科 学 技 术 的 发 展 , 人 们 对 于 流 量 检 测 精 度 的 要 求 越 来 越 高 .?同 时 , 由 于 需 要 检 测 的 流 体 种 类 也 越 来 越 多 , 因 此 研 制 出 了 应 用 不 同 原 理 和 应 用 于 不 同 领 域 的 流 量 仪 表 .?流 量 的 表 示 有 体 积 流 量 和 质 量 流 量 两 种 .?目 前 广 泛 应 用 的 流 量 计 , 如 涡 轮 流 量 计 、 差 压 式 流 量 计 、 转 子 流 量 计 、 超 声 波 流 量 计 及 电 磁 流 量 计 等 , 均 为 测 量 介 质 的 体 积 流 量 的 流 量 计 , 而 质 量 流 量 计 则 可 以 测 量 介 质 的 质 量 流 量 [ l?] .?质 量 流 量 计 可 分 为 两 大 类 : 一 类 是 直 接 式 质 量 流 量 计 , 由 检 测 元 件 直 接 检 测 出 反 映 质 量 流 量 大 小 的 信 号 , 从 而 得 到 质 量 流 量 值 .?另 一 类 是 推 导 式 质 量 流 量 计 , 用 体 积 流 量 计 和 密 度 计 组 合 , 同 时 检 测 出 介 质 的 体 积 流 量 和 密 度 , 通 过 运 算 器 解 算 出 与 质 量 流 量 有 关 的 输 出 信 号 .? 质 量 流 量 的 基 本 方 程 : O?m?=? c?m? c? ? =?!?c?V? c? ? =? O?V?· !? =? S?U? !? ( l?) 式 中 O?m?为 质 量 流 量 ( k?g?/?S?) ; O?V?为 体 积 流 量 ( m?3?/?S?) ; !?为 介 质 密 度 ( k?g?/?m?3?) ; S? 为 流 体 流 过 的 截 面 积 ( m?2?) ; U? 为 流 体 的 平 均 流 速 ( m?/?S?) ; m?, V? 分 别 为 流 体 流 过 的 质 量 和 体 积 .? 推 导 式 质 量 流 量 计 , 可 按 ( l?) 式 由 仪 表 分 别 检 测 出 O?V?和 !?, 然 后 经 乘 法 器 运 算 得 到 质 量 流 量 信 号 .?由 于 对 !?的 测 量 经 常 受 到 条 件 的 限 制 , 因 此 直 接 式 质 量 流 量 计 受 到 广 泛 的 重 视 .?谐 振 式 科 里 奥 利 质 量 流 量 计 就 是 直 接 质 量 流 量 计 .? “?谐 振 式 质 量 流 量 计 工 作 原 理 图 l? 给 出 了 以 典 型 的 U? 型 管 为 敏 感 元 件 的 谐 振 式 直 接 质 量 流 量 计 的 结 构 及 其 工 作 示 意 图 .?激 励 单 元 E? 使 一 对 平 行 的 U? 型 管 作 一 阶 弯 曲 主 振 动 , 建 立 传 感 器 的 工 作 点 .? 当 管 内 流 过 质 量 流 量 时 , 由 于 哥 氏 效 应 的 作 用 , 使 U? 型 管 产 生 关 于 中 心 对 称 轴 的 一 阶 扭 转 “ 副 振 动 ” .?该 一 阶 扭 转 “ 副 振 图 l? U? 型 管 式 谐 振 式 直 接 质 量 流 量 计 结 构 示 意 图 2?0?0?0? 年 l?2? 月 第 2?6?卷 第 6?期 北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 J?O?u?r?D?a?1? O?f? B?e?i? ?i?D?g? U?D?i?V?e?r?S?i?t?y? O?f? A?e?r?O?D?a?u?t?i?c?S? a?D?c? A?S?t?r?O?D?a?u?t?i?c?S? D?e?c?e?m?b?e?r?2?0?0?0? V?O?1?.?2?6?N?O?.?6? 动 ” 相 当 于 U? 型 管 自 身 的 二 阶 弯 曲 振 动 ( 图 2?) .?同 时 , 该 “ 副 振 动 ” 直 接 与 所 流 过 的 “ 质 量 流 量 ( k?g?/?S?) ” 成 比 例 .?因 此 , 通 过 B?, B?'?测 量 元 件 检 测 U? 型 管 的 “ 合 成 振 动 ” 就 可 以 直 接 得 到 流 体 的 0?m? [ l?] ~? [ 3?] .? 图 2? U? 型 管 一 、 二 阶 弯 曲 振 动 振 型 示 意 图 图 3? 给 出 了 U? 型 管 质 量 流 量 计 的 数 学 模 型 .? 当 管 中 无 流 体 流 动 时 , 谐 振 子 在 激 励 器 的 激 励 下 , 产 生 绕 A?A?'?轴 的 弯 曲 主 振 动 , 可 写 为 x? ( S?, t?) =? A? ( S?) S?i?H?!?t?( 2?) 式 中 !?为 系 统 的 主 振 动 频 率 , 它 由 包 括 弹 性 弯 管 、 弹 性 支 承 在 内 的 谐 振 子 整 体 结 构 决 定 ; A? ( S?) 为 相 应 的 主 振 型 , S? 为 沿 管 子 轴 线 方 向 的 曲 线 坐 标 .?于 是 弹 性 弯 管 绕 A?A?'?轴 的 角 速 度 为 “? ( S?) =? c?x? ( S?, t?) t? · l? x? ( S?) =? A? ( S?) x? ( S?) !?c?O?S?!?t? ( 3?) 式 中 x? ( S?) 为 管 子 上 任 一 点 到 A?A?'?轴 的 距 离 .? 图 3? U? 型 管 式 谐 振 式 直 接 质 量 流 量 计 数 学 模 型 当 流 体 以 v? 在 管 中 流 动 时 , 且 弹 性 弯 管 向 正 向 振 动 时 , 在 A?B?D? 段 , c?S? 微 段 上 受 的 科 氏 力 为 c?F?C?=? -? a?C?c?m? =? -? 2?!?( S?) X? v?c?m?( 4?) 同 样 , 在 A?'?B?'?D? 段 , 与 A?B?D? 段 关 于 D?D?'?轴 对 称 点 处 的 c?S? 微 段 上 所 受 的 科 氏 力 为 c?F?'?C?=? -? c?F?C?( 5?) ( 4?) 式 和 ( 5?) 式 相 差 一 个 负 号 , 表 示 两 者 方 向 相 反 .? 当 有 流 体 流 过 振 动 的 谐 振 子 时 , 在 c?F?C?和 c?F?'?C?的 作 用 下 , 将 产 生 对 D?D?'?轴 的 力 偶 : M? =?!?2?c?F?C? X? r? ( S?) ( 6?) 式 中 r? ( S?) 为 微 元 体 到 轴 D?D?'?的 距 离 .?由 式 ( 3?) 、 式 ( 4?) 和 式 ( 6?) 得 M? =? 2?0?m?!?c?O?S?#?c?O?S?!?t? !? A? ( S?) r? ( S?) x? ( S?) c?S?( 7?) 式 中 #?为 流 体 的 速 度 方 向 与 D?D?'?轴 的 夹 角 ( 图 中 未 给 出 ) .?科 氏 效 应 引 起 的 力 偶 将 使 谐 振 子 产 生 一 个 绕 D?D?'?轴 的 扭 转 运 动 , 相 对 于 谐 振 子 的 主 振 动 而 言 , 称 为 “ 副 振 动 ” , 其 运 动 方 程 可 写 为 x?l?( t?) =? B?l?( S?) 0?m?!?c?O?S? ( !? t? +? $?) ( 8?) 式 中 B?l?( S?) 与 敏 感 结 构 及 其 参 数 、 所 处 位 置 有 关 ; $?为 副 振 动 响 应 对 扭 转 力 偶 的 相 位 延 迟 .? 根 据 上 述 分 析 , 当 有 流 体 流 过 管 子 时 , 谐 振 子 的 B? 和 B?'?处 的 振 动 方 程 可 以 分 别 表 示 如 下 : S?B? =? A? ( L?B?) S?i?H?!?t? -? B?l?( L?B?) 0?m?!?c?O?S? ( !? t? +? $?) ( 9?) S?B?'? =? A? ( L?B?) S?i?H?!?t? +? B?l?( L?B?) 0?m?!?c?O?S? ( !? t? +? $?) ( l?0?) 式 中 L?B?为 B? 点 在 轴 线 方 向 的 坐 标 值 .?由 ( 9?) 式 和 ( l?0?) 式 得 S?B?'?-? S?B?=? 2?B?l?( L?B?) 0?m?!?c?O?S? ( !? t? +? $?) ( l?l?) S?B?'?+? S?B?=? 2?A? ( L?B?) S?i?H?!?t?( l?2?) 设 R?a?为 S?B?'?-? S?B?和 S?B?'?+? S?B?的 幅 值 比 , 则 0?m?=? R?a?A? ( L?B?) B?l?( L?B?) !? ( l?3?) 式 ( l?3?) 就 是 基 于 B?, B?'?两 点 信 号 “ 差 ” 与 “ 和 ” 的 幅 值 比 R?a?直 接 解 算 0?m?的 基 本 方 程 .? !?信 号 检 测 电 路 基 于 以 上 理 论 分 析 , 谐 振 式 直 接 质 量 流 量 计 输 出 信 号 检 测 的 关 键 是 对 两 路 同 频 率 周 期 信 号 的 幅 值 比 的 测 量 .?图 4? 给 出 了 设 计 的 原 理 电 路 .?其 中 U?i?l?和 U?i?2?是 质 量 流 量 计 输 出 的 两 路 信 号 .? 单 片 机 通 过 对 两 路 信 号 的 幅 值 检 测 计 算 出 幅 值 比 , 进 而 求 出 流 体 的 0?m?.?图 5? 给 出 了 周 期 信 号 幅 值 检 测 的 原 理 电 路 .?利 用 二 极 管 的 正 向 导 通 、 反 向 截 止 的 特 4?5?6? 北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 2?0?0?0? 年 性 对 交 流 信 号 进 行 整 流 , 利 用 电 容 的 保 持 特 性 获 取 信 号 幅 值 .? 图 5? 周 期 信 号 幅 值 检 测 电 路 对 图 4? 给 出 的 电 路 , 两 路 幅 值 检 测 部 件 的 对 称 性 越 好 , 系 统 的 精 度 就 越 高 .?但 是 由 于 器 件 的 原 因 可 能 会 产 生 不 对 称 , 所 以 在 幅 值 测 量 及 幅 值 比 测 量 过 程 中 , 按 以 下 步 骤 进 行 : !?用 幅 值 检 测 I? 检 测 输 入 信 号 u? ?I?的 幅 值 , 记 为 A?I?I?, 用 幅 值 检 测 2? 检 测 输 入 信 号 u? ?2?的 幅 值 , 记 为 A?2?I?; “?用 幅 值 检 测 2? 检 测 输 入 信 号 u? ?I?的 幅 值 , 记 为 A?I?2?, 用 幅 值 检 测 I? 检 测 输 入 信 号 u? ?2?的 幅 值 , 记 为 A?2?2?; #?B?I?=? A?I?I?+? A?I?2?, B?2?=? A?2?I?+? A?2?2?, 用 C? =? B?I?/? B?2?作 为 输 入 信 号 的 幅 值 比 .? 这 样 就 抵 消 了 部 分 因 器 件 的 原 因 引 起 的 误 差 , 这 是 靠 牺 牲 时 间 来 换 取 精 度 的 .?此 外 , 根 据 前 面 的 分 析 : 传 感 器 输 出 的 两 路 正 弦 信 号 , 其 中 一 路 是 基 准 参 考 信 号 , 在 整 个 工 作 过 程 中 会 有 微 小 的 漂 移 , 不 会 有 大 幅 度 的 变 化 ; 另 一 路 的 输 出 和 O?m? 存 在 着 函 数 关 系 , 所 以 利 用 这 两 路 信 号 的 比 值 解 算 也 可 以 消 除 某 些 环 境 因 素 引 起 的 误 差 , 如 电 源 波 动 等 .?同 时 , 对 幅 值 比 的 检 测 具 有 较 好 的 实 时 性 和 连 续 性 , 这 是 用 幅 值 比 检 测 方 案 的 优 点 .? 图 4? 中 的 单 片 机 系 统 采 用 I?D?t?e?1? 8?0?5?2? 单 片 机 , 显 示 器 采 用 6?4? X? I?2?8? 点 阵 的 液 晶 显 示 器 , 串 行 口 采 用 R?S?2?3?2? 接 口 , 可 方 便 的 与 微 机 进 行 连 接 ; 程 序 存 贮 器 采 用 2?7?C?2?5?6? ( 3?2? k?) , A?/?D? 转 换 采 用 B?u?r?r?-? B?r?O?w?D? 公 司 的 A?D?S?7?8?0?5? ( I?6? 位 , 转 换 速 率 5?0? k?H?Z? ) .? 软 件 系 统 采 用 F?r?a?D?k?1? ?D? C?5?I? 进 行 编 程 , 采 用 中 断 方 式 对 幅 值 进 行 检 测 , 用 数 字 滤 波 的 方 法 对 测 得 的 幅 值 信 号 进 行 处 理 .?由 于 流 量 属 于 缓 变 信 号 , 所 以 采 用 该 方 法 是 可 行 的 .? 按 上 述 原 理 电 路 , 研 制 了 相 应 的 实 际 子 系 统 .? 取 两 路 正 弦 信 号 为 模 拟 输 入 , 实 测 结 果 表 明 : 所 研 制 的 系 统 对 幅 值 比 检 测 的 精 度 优 于 0?.?I?%? .? !?结 论 针 对 典 型 的 U? 型 管 敏 感 结 构 , 本 文 建 立 了 谐 振 式 直 接 质 量 流 量 计 的 数 学 模 型 .?给 出 了 基 于 幅 值 比 检 测 的 质 量 流 量 计 的 输 出 信 号 解 算 模 型 .?提 供 了 信 号 解 算 的 一 种 实 际 电 路 , 并 研 制 了 相 应 的 样 机 , 实 测 结 果 表 明 所 研 制 信 号 检 测 子 系 统 的 精 度 优 于 0?.?I?%?, 有 望 用 于 实 际 样 机 研 制 中 .? 参 考 文 献 [ I?] 朱 德 祥 .?流 量 仪 表 原 理 和 应 用 [ M?] .?南 京 : 华 东 化 工 学 院 出 版 社 , I?9?9?2?.? [ 2?] 樊 尚 春 .?用 于 直 接 质 量 流 量 测 量 的 U? 型 管 的 频 率 特 性 [ J?] .?测 控 技 术 .?I?9?9?9?, ( 3?) : 2?7? ~? 2?9? .? [ 3?] 刘 广 玉 , 樊 尚 春 , 陈 明 , 等 .?新 型 传 感 器 技 术 及 应 用 [ M?] .?北 京 : 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 , I?9?9?5?.? [ 4?] 樊 尚 春 , 刘 广 玉 .?一 种 双 功 能 谐 振 传 感 器 — — — 谐 振 式 质 量 流 量 /?密 度 传 感 器 [ J?] .?北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 , I?9?9?3?, ( 2?) : 3?0? ~? 3?4? R?e?s?O?n?a?n?t? C?O?r?i?O?I?i?s? M?a?s?s?f?I?O?w? M?e?t?e?r? F?A?N? S?1?a?D?g?-?c?1?u?D? ( B?e? ? ? ?D?g? U?D? ?V?e?r?S? ?t?y? O?f? A?e?r?O?D?a?u?t? ?c?S? a?D?c? A?S?t?r?O?D?a?u?t? ?c?S?, D?e?p?t?.?O?f? A?u?t?O?m?a?t? ?c? C?O?D?t?r?O?1?) L?I?U? G?u?a?D?g?-? ? ?a?D? ( C?A?A?C? T? ?a?D? ? ?D?g? B?r?a?D?c?1?, C?O?.?A?V? ?a?t? ?O?D? M?e?D?c? F?a?c?t?O?r?y?) S?0?N?G? Z?1? ?-?S?1?e?D?g? ( B?e? ? ? ?D?g? U?D? ?V?e?r?S? ?t?y? O?f? A?e?r?O?D?a?u?t? ?c?S? a?D?c? A?S?t?r?O?D?a?u?t? ?c?S?, D?e?p?t?.?O?f? A?u?t?O?m?a?t? ?c? C?O?D?t?r?O?1?) A?b?s?t?r?a?c?t?: T?1?e? e?S?S?e?D?t? ?a?1? S?e?D?S? ?D?g? m?e?c?1?a?D? ?S?m? w?a?S? ?D?V?e?S?t? ?g?a?t?e?c? f?O?r? t?1?e? r?e?S?O?D?a?D?t? C?O?r? ?O?1? ?S? c? ?r?e?c?t? m?a?S?S?f?1?O?w? m?e?t?e?r? ?D? c?e?t?a? ?1?.?T?1?e? m?a?t?1?e?m?a?t? ?c?a?1? m?O?c?e?1? O?f? t?1?e? r?e?S?O?D?a?D?t? c? ?r?e?c?t? m?a?S?S?f?1?O?w? m?e?t?e?r? w?a?S? e?S?t?a?b?1? ?S?1?e?c?, b?a?S?e?c? O?D? a? t?y?p? ?c?a?1? U?-?t?y?p?e? t?u?b?e? r?e?S?O?D?a?D?t? S?e?D?S? ?D?g? S?t?r?u?c?t?u?r?e?.?T?1?e? O?u?t?p?u?t? S? ?g?D?a?1? c?a?1?c?u?1?a?t? ?D?g? m?O?c?e?1? w?a?S? p?r?O?V? ?c?e?c? f?O?r? t?1?e? a?b?O?V?e? m?a?S?S?f?1?O?w? m?e?t?e?r? b?a?S?e?c? O?D? m?e?a?S?u?r? ?D?g? t?1?e? a?m?p?1? ?t?u?c?e? r?a?t? ?O?.?A? S? ?g?D?a?1? p?r?O?c?e?S?S? ?D?g? c? ?r?c?u? ?t? p?r?O?t?O?t?y?p?e? w?a?S? c?e?S? ?g?D?e?c? a?D?c? c?e?V?e?1?O?p?e?c? b?y? m?a?k? ?D?g? u?S?e? O?f? M?C?S?-?5?I? t?y?p?e? m? ?c?r?O?-?p?r?O?c?e?S?S?O?r?, b?a?S?e?c? O?D? t?1?e? a?b?O?V?e? O?u?t?p?u?t? S? ?g?D?a?1? c?a?1?c?u?1?a?t? ?D?g? m?O?c?e?1?.?T?1?e? t?e?S?t? ?D?g? r?e?S?u?1?t?S? S?1?O?w? t?1?a?t? m?e?a?-? S?u?r? ?D?g? e?r?r?O?r? ?S? 1?e?S?S? t?1?a?D? 0?.?I?%?F?.?S?.?f?O?r? t?1?e? a?b?O?V?e? c?e?V?e?1?O?p?e?c? p?r?O?c?e?S?S? ?D?g? c? ?r?c?u? ?t? p?r?O?t?O?t?y?p?e?.?T?1?e? t?1?e?O?r?e?t? ?c?a?1? a?D?c? e?X?p?e?r? ?-? m?e?D?t?a?1? r?e?S?u?1?t?S? O?b?t?a? ?D?e?c? 1?e?r?e? a?r?e? O?f? p?r?a?c?t? ?c?a?1? S? ?g?D? ?f? ?c?a?D?c?e? f?O?r? c?e?V?e?1?O?p? ?D?g? t?1?e? C?O?r? ?O?1? ?S? r?e?S?O?D?a?D?t? c? ?r?e?c?t? m?a?S?S?f?1?O?w? m?e?t?e?r?.? K?e?y? w?O?r?d?s?: m?a?S?S? f?1?O?w? m?e?t?e?r?S?; S?e?D?S?O?r?S?; m?e?a?S?u?r? ?D?g?; C?O?r? ?O?1? ?S? e?f?f?e?c?t? 5?5?6? 第 6? 期 樊 尚 春 等 : 谐 振 式 科 里 奥 利 质 量 流 量 计
展开阅读全文
  皮皮文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:谐振式科里奥利质量流量计.pdf
链接地址:http://www.ppdoc.com/p-10938180.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

copyright@ 2008-2018 皮皮文库网站版权所有
经营许可证编号:京ICP备12026657号-3 

收起
展开