科氏流量计气液二相流计量的关键技术研究

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科氏流量计可以直接测量质量流量,且其精度高、重复性好、量程宽,因此近二十多年来得到了广泛的应用。随着科氏流量计应用领域的逐渐拓宽,其针对气液二相流的计量也日益增多。但是,传统的科氏流量计面对气液二相流的计量时,往往计量精度无法得到保证,甚至会发生彻底无法工作的现象。本文对科氏流量计应用于气液二相流计量时的三个关键技术进行了研究。  本文第2章提出了一种基于频率预测的测量管频率跟踪方法。科氏流量计必须工作在测量管的固有频率处,这就要求测量管驱动信号的驱动频率等于测量管固有频率。而要准确获知测量管固有频率是非常困难的,因为在正常工作时,测量管的振动是受迫振动,无法直观地体现出固有频率的变化。本文引入一种测量管固有频率的频率预测算法,根据测量管上检测电磁铁产生的前后不同周期的信号幅值,预测当前周期的测量管固有频率。同时,本文使用仿真研究的方法,证明了本文引入的频率预测方法的有效性。  本文第3章提出了一种基于模糊PID的测量管振幅控制方法。测量管的振幅稳定是科氏流量计准确计量的基础和前提。为维持测量管振动幅值的稳定,本文将博士课题中提出的模糊PID方法做了进一步的系统化的全面研究,重点研究了采用模糊PID之后科氏流量计在气液二相流不同流场状况下的振幅稳定程度,包括气液二相流流量稳定时的振幅稳定性能、气液二相流流量受到脉冲干扰(如某个气泡溃灭)时的振幅稳定性能、气液二相流流量变化时的振幅稳定性能。通过实验表明,采用模糊PID控制方法,科氏流量计在气液二相流计量时,测量管的振幅稳定性明显提升。  本文第4章提出了一种基于卡尔曼算法的相位匹配方法。科氏流量计的工作原理决定了其必须工作在闭环自激振荡条件下,要满足该条件,检测信号的初始相位与驱动信号的初始相位之和,必须满足2π或2kπ的条件。由于驱动信号的初始相位可由二次仪表调节(在数字式科氏流量计中,驱动信号初始相位的调节更为容易),所以相位匹配的关键就在于准确地获取检测信号的初始相位,而检测信号的初始相位往往因为噪声大而难以检测。本文使用卡尔曼滤波算法进行最优值估计,得到了准确的初始相位。同时,本文还提出了卡尔曼滤波算法在科氏流量计中的使用机制,实验结果表明,本文引入的卡尔曼滤波方法对于相位差的滤波效果是非常明显的。
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