[发明专利]一种变传感器信号设定值的科氏质量流量管的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于流量检测领域，具体涉及针对气液两相流测量时，流量管阻尼比变化剧烈情况的科氏质量流量管的控制方法。

背景技术

科氏质量流量计用于流体质量流量的直接测量，测量精度高，重复性好，而且还能同时实现流体的体积流量、密度、温度等多参数和不同流体状况下的测量，具有广阔的应用前景。科氏质量流量计的准确测量是建立在流量管稳幅振动的前提下，科氏质量流量计在出厂检测时，需要做单相水流量标定实验，以确定流量管的最佳稳定振动幅值。流量管在最佳幅值下振动，具有最佳的测量性能和最高的驱动效率，并且有利于延长其使用寿命。实际工作中，通过检测拾振线圈输出的传感器信号幅值大小来表征流量管振动的强弱，当传感器输出信号达到最佳幅值时，流量管则以最佳稳定幅值振动。在单相流下，流量管的阻尼比很小，较低的驱动能量就可以维持流量管在最佳幅值下振动。但当气液两相流发生时，由于流量管的阻尼比变化剧烈，通常要比单相流时高出2个数量级，如果想维持流量管在单相流下的最佳振动幅值，必须提高驱动能量，在宏观上表现为提高驱动电压的幅值。而在实际工业现场，由于本安防爆的要求，驱动电路后级必须加上安全栅电路，对驱动的电压和电流进行限制。在安全栅能量限制的前提下，当两相流发生时，流量管振动的幅值就难以维持在单相流下最佳振动幅值的水平。此时，若要维持流量管的平稳振动，需要降低流量管的振动幅值。所以，在气液两相流下，流量管最佳振动的准则是：流量管应当尽量维持在相对恒定的幅值下振动，以减小频率和相位测量时的波动。当然，希望流量管振动的幅值维持在较高的水平，以便保证传感器输出信号有较好的信噪比，便于信号的测量与处理。可见，在流量管阻尼比波动剧烈且驱动能量有限的情况下，如何使得流量管维持在较稳定和较高水平的振动，即传感器输出信号维持在较稳定和较高水平的幅值是两相流测量中亟待解决的问题。

针对两相流下科氏质量流量管振动幅值控制的问题，国外学者分析了影响振动幅值大小和稳定性的因素并进行了实验。Henry和Yeung等人认为传感器的几何形状、流量管驱动器的数量等因素影响振动幅值的大小（Henry M, Yeung H, Mattar W, et al. How a Coriolis mass flow meter can operate in two-phase (gas/liquid) flow[C]. ISA 2004 Expo Technical Conference, 2004:17-30）。他们采用B形双驱动器结构的传感器，双驱动器在没有超过安全栅能量限制的同时，使驱动能量加倍，因此流量管获得了较高幅值的振动；通过检测驱动电流是否超过限制电流作为判断条件，并利用相应的控制算法调整幅值的设定点，利用FPGA做驱动，并通过DAC一点一点输出驱动信号进行幅值控制，获得较平稳的传感器信号，但幅值控制方法和调整的细节并未详细披露。

合肥工业大学针对气液两相流测量时，流量管容易停振的问题，研制了基于DSP的科氏质量流量变送器和数字驱动方法（徐科军，侯其立等，一种科氏质量流量计的数字驱动跟踪方法和系统，发明专利，专利号：ZL 201110331814.X）。采用基于拉格朗日的过零检测算法和非线性幅值控制方法等实现频率、相位和幅值的跟踪，基于DDS和MDAC合成数字驱动信号，避免了流量管的停振，为两相流测量的实现提供了前提。但在两相流测量时，流量管幅值控制方法仍然采用单相流测量时的固定传感器信号设定值的控制方法，将传感器信号设定值始终固定为单相流下传感器信号最佳幅值，由于稳态时传感器信号设定值与传感器信号幅值之间始终存在误差，导致积分限幅的PI控制器积分因子饱和以及驱动系统输出驱动增益饱和，结果使传感器信号幅值随着流量管阻尼比变化波动范围大，数字驱动系统失去了流量管幅值控制的作用。为了使流量管在两相流下获得最佳振动，必须提出满足两相流下的流量管幅值控制方法，解决传感器输出信号不平稳，波动大的问题。

发明内容

为了克服上述流量管幅值控制和驱动输出面临的问题，在数字驱动方法的基础上，本发明提供一种变传感器信号设定值的科氏质量流量管的控制方法。即传感器信号设定值跟随传感器信号幅值而变化，并在驱动增益没有饱和的情况下，进行合理的调节，使驱动系统能够对流量管阻尼比变化做出反应，更好地对流量管振动幅值进行控制。

变传感器信号设定值的科氏质量流量管的具体控制操作步骤如下：

（1）初始化

数字信号处理器（DSP）首先完成系统各个模块、外设以及算法变量的初始化；

（2）同步开启两路AD转换