[发明专利]一种基于流体状态检测的科氏流量计振幅自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种科氏流量计控制方法，尤其涉及一种基于流体状态检测的科氏流量计振幅自适应控制方法。

背景技术

科氏流量计具有高精度、宽量程比、重复性好的特点，代表了直接式质量流量测量技术的最高水平，在石油、化工、制药、食品、贸易计量等工业领域应用广泛。它的工作原理是，利用流体在振动的管道中流动时所产生的与质量流量成正比的科里奥利力，直接地测量质量流量。

科氏流量计是基于测量管的振动工作的，工业界普遍认为，测量管振动的振幅稳定对科氏流量计的精确计量具有重要影响。在科氏流量计应用现场也发现，流体状态的改变(如从单相流变为两相流)会引起测量管振动阻尼的变化，破坏测量管的振幅稳定，进而降低科氏流量计的计量精度。但是在科氏流量计的多种应用场合，不可避免地经常会出现气泡流(即液体中混入气泡)或混入其它固体粒子，此时测量管振动系统阻尼可增大一到两个数量级，并发生剧烈跳动。科氏流量计中普遍采用正反馈驱动电路作为测量管振动系统的驱动方案，即将测量管振动信号乘以一个驱动增益K之后直接作为驱动信号，因而测量管振幅控制的关键在于驱动增益K的确定。驱动增益K是以振动信号幅值与设定幅值的偏差作为输入信号，经由振幅控制器运算之后得到的。目前最常用的振幅控制方法是固定PID控制，在流体介质单一，测量管振动系统的参数稳定时，固定PID控制能取得非常稳定的振幅，保障科氏流量计的高精度优势。但在流体状态改变，测量管振动系统的参数发生变化时，固定PID控制不能保持在最佳的控制性能，需要较长的稳定时间，在变化较大的情况下，甚至会出现测量管停振后无法再次起振，从而导致科氏流量计失效的情况。

针对流体状态改变引起测量管振动系统的参数快速变化的情况，已有的解决方案是模糊PID振幅控制方法。该方法根据振动幅值的变化，参考工业界PID参数的整定经验，实时地调整PID参数，以对测量管振动系统的参数变化作出响应，避免测量管的停振，并使振幅快速恢复稳定，提高科氏流量计在气泡流或含其它杂质情况下的可靠性与计量精度。但是模糊PID控制在测量管振动系统参数稳定的情况下，与固定PID控制相比，一方面会引起PID参数的频繁跳动，降低振幅控制的稳态性能，对科氏流量计的计量造成负面影响，削弱其高精度优势；另一方面，模糊PID控制方法需要实时对PID参数进行计算和调整，对系统的数据计算和数据存储能力要求高，长时运行会显著增加系统功耗，提高科氏流量计的应用成本。

发明内容

为了获得复杂流体状态下科氏流量计测量管的振幅稳定，本发明提供了一种基于流体状态检测的科氏流量计振幅自适应控制方法，针对不同的流体状态采用不同的振幅控制方法，增强振幅控制的自适应性，在保持稳态下科氏流量计的高精度优势的同时，改善其动态响应性能，提高科氏流量计在复杂工况下的可靠性和计量性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：

1)在科氏流量计测量管的入口端与流体管道之间安装流体状态检测装置，对流体状态进行检测；流体状态检测装置包含液体超声波发射器、液体超声波接收器和阈值比较器，液体超声波发射器、液体超声波接收器分别安装在安装管段对称的两侧，液体超声波接收器连接阈值比较器；

2)液体超声波发射器发射的超声波经安装管段内的流体后被液体超声波接收器接收，通过阈值比较器比较检测超声波接收信号幅值是否发生突变，若未发生突变则流体中不含有杂质，若发生突变则流体中含有杂质；

3)实时根据上述步骤的流体状态是否含有杂质的结果，进行固定PID与模糊PID振幅控制器的实时切换，实现流量计振幅自适应控制。

所述的流体内杂质包括气泡或者固体粒子。

当在一个超声波信号周期内，所述阈值比较器输出信号出现上升沿，表示流体状态为稳态，超声波接收信号幅值未发生突变其中不含有杂质；当在至少一个超声波信号周期内，所述阈值比较器输出信号未出现上升沿，超声波接收信号幅值发生突变其中含有杂质。

所述步骤2)阈值比较器采用模拟式单阈值比较器。

所述的阈值电压接入阈值比较器的反相端，超声波接收信号接入阈值比较器的同相端。

所述步骤3)中振幅控制器的切换方式具体如下：若检测得到流体中含有杂质，则将单片机的工作模式切换到模糊PID振幅控制器；若检测得到流体中不含有杂质；则将单片机的工作模式切换到固定PID振幅控制器。