[发明专利]一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置

说明书

技术领域

本发明属于质量流量的测量技术领域，具体涉及一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置。

背景技术

科氏质量流量计(Corioils Mass Flowmeter，CMF)是一种工作于谐振状态的直接质量流量测量仪表，可以同时精确地测量质量流量和流体密度，被广泛应用于工业领域。经过二十多年的应用和改进，科氏质量流量计已经发展出了多个系列，如图1所示，图中(a)为U形管、(b)为单双环管、(c)为S形管、(d)为OMG形管、(e)为B形管、(f)为双直管，参见参考文献[1]：纪爱敏，李川奇，沈连官，尹协振.科里奥利质量流量计研究现状及发展趋势[J].仪表技术与传感器，2001，(6)：1。

最为常见的双U型管科氏质量流量计，如图2所示，流体流入科氏质量流量计11后被分流器分到两个对称的U型测量管3中，测量管3上设置有激振器4，用来为测量管3的振动提供激振力，在激振器4的激励下使测量管3在某一频率下(一般是测量管3的一阶固有频率)做谐振运动，这个振动被称为主振动。主振动会让测量管3具有正弦变化的角速度，且与流体流动方向成一定角度，使得流体受迫与测量管3一起振动，同时也会受到科氏力的作用。科氏力方向与流体方向相关，因此U型测量管3的两侧受到的科氏力方向相反，这就产生了一个作用在测量管3上的力矩，称为科氏力矩或副振动扭转力矩。由于科氏力的大小、方向也与测量管3振动速度有关，因此科氏力矩也是随主振动成正弦变化振动的力矩，这个力矩所造成的振动被称为副振动或科氏扭转振动。副振动幅值与流过的质量流量成正比。参见参考文献[2]：樊尚春，刘广玉.新型传感技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2005。

通常测量副振动的方法是在测量管3上安装两个速度传感器，即第一速度传感器1、第二速度传感器2，用来敏感测量管3的振动状态。当测量管3中有流体流过时，副振动与主振动的叠加会使测量点处的振动相位提前或滞后，质量流量越大，相位改变的越大，且在一定范围内是近似线性的。通过比较两个测量点的相位差，就可以得到质量流量。

然而由于科氏质量流量计11工作原理上的原因，导致科氏质量流量计11在流量较大，即科氏扭转幅值较大时，输出相位差与流量大小间的线性关系越来越弱，制约了它的量程；而且较强烈的科氏扭转振动也会产生结构耦合振动，对科氏质量流量计11的测量产生影响，降低了科氏质量流量计11的使用寿命。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，该装置能够抵消科氏质量流量计的副振动扭转力矩，也对减小科氏质量流量计的耦合振动有积极意义。

本发明提供的用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，包括一个科氏质量流量计，科氏质量流量计自带两个速度传感器和一个激励器，在所述科氏流量计上安装有两个线圈和两个柱型磁钢；所述两个线圈分别固定在两个速度传感器测量点上，线圈和速度传感器之间连接有科氏扭转控制电路。两个线圈接收科氏扭转控制电路发送来的控制力矩线圈的电流信号，平衡科氏质量流量计的副振动扭转力矩；柱型磁钢一端置于线圈骨架的空心内，另一端连接在科氏质量流量计的壳体上，或者连接在测量管上。

所述科氏扭转控制电路包括输入信号调理电路、输出信号调理电路、A/D转换电路、D/A转换电路和单片机；其中，输入信号调理电路与两个速度传感器相连，输出信号调理电路与两个线圈相连；

输入信号调理电路用来对两路速度传感器输出振动速度电压信号进行模拟滤波、放大与转换，并将处理后的两路模拟振动速度电压信号发送给A/D转换电路；

A/D转换电路将两路处理后的两路模拟振动速度电压信号转换成两路振动速度数字信号，发送给单片机；

单片机接收到经A/D转换过的两路振动速度的数字信号，对该信号进行处理，最终得到数字形式的力矩控制信号，将此信号发送给D/A转换电路；

D/A转换电路将收到的数字形式的力矩控制信号进行数模转换处理，并将转换后的模拟形式的力矩控制信号发送给输出信号调理电路；