复杂流体下微弯型科氏质量流量计驱动控制、信号处理和误差修正方法研究与实现

There is no better solution of Coriolis mass flowmeter measuring complex fluids currently, especially no research of micro bend type Coriolis mass flowmeter with smaller phase difference and higher inherent frequency measuring complex fluids. Aiming at this problem, the mathematical model of the flow tube will be built, and a startup method of alternating exciting using positive-negative step signal will be proposed to shorten the startup time. A variable sensor-setting-value control method will be put forward to track the flowtube vibration amplitude variation promptly and maintain stable vibration of the flowtube. MDAC will be combined with DDS to realize the digital drive control under complex fluids. A mutation signal model will be set up to reflect the signal feature of batch flow and evaluate the dynamic performance of signal processing method. Band pass filter preprocessing, Lagrange interpolation based digital zero crossing detection and average post-processing will be combined to process the complex fluid flow signals, which makes the instrument faster response speed and higher measurement accuracy. Both the digital zero crossing detection algorithm and digital drive method will be applied to developing a DSP based real time controlling and processing system for achieving batch flow and gas-liquid two-phase flow measurements. The experimental schemes of Coriolis mass flowmeter measuring complex fluids will be designed, and corresponding flow rigs will be developed. The BP artificial neural network will be adopted to establish the measurement error model of the micro bend type Coriolis mass flowmeter measuring gas-liquid two-phase flow, and online correction will be implemented to improve the measurement accuracy.

针对目前没有较好解决科氏质量流量计测量复杂流体的问题，特别是没有研究相位差更小、固有频率较高的微弯型科氏质量流量计测量复杂流体的问题，本项目拟建立流量管的数学模型，提出正负阶跃交替激励启振方法，使流量管快速启振；提出变传感器信号设定值的驱动控制方法，及时跟踪流量管振幅的变化，保持流量管的稳定振动；将MDAC和DDS相结合，实现复杂流体下的数字驱动控制。建立突变信号模型，反映批料流下信号特征，评估信号处理方法的动态性能。将带通滤波预处理、基于拉格朗日插值的数字过零检测和平均后处理有机结合，处理复杂流体下流量信号，响应速度更快，测量精度更高。将数字过零检测算法和数字驱动方法相结合，研制基于DSP的实时控制和处理系统，实现批料流和气液两相流的测量。设计和研制科氏质量流量计测量复杂流体流量的实验方案和装置，采用BP神经网络建立微弯型科氏质量流量计测量气液两相流误差模型，在线修正，提高测量精度。

针对目前没有研究相位差更小、固有频率较高的微弯型科氏质量流量计测量气液两相流的问题，从驱动控制、信号处理和误差修正这三方面进行研究，取得较好效果。.提出正负阶跃交替激励的启振方法，实现了流量管的快速启振。提出变传感器幅值设定值的控制方法，保证了气液两相流下流量管维持在一个较高的振幅下平稳振动。提出变驱动周期和变积分限幅的控制方法，提高了气液两相流发生时驱动的及时性。提出一种科氏质量流量计驱动系统中的差分式功率放大电路，使得驱动系统在原有驱动电压和安全栅限制下驱动能量得到大幅提高。.建立大弯管型科氏质量流量传感器的时间差信号数学模型和微弯型科氏质量流量传感器的流量信号数学模型，为信号处理算法的研究和后续流量测量误差修正提供了理论依据。提出了将带通滤波处理、基于拉格朗日插值的数字式过零检测和平均处理有机结合的信号处理方法。该信号处理方法可以对气液两相流下的传感器输出信号进行实时处理，具有较快的响应速度和较高的测量精度。.采用BP神经网络对气液两相流测量误差进行建模以得到误差模型，依据此模型实现对气液两相流测量误差的离线和在线修正。.研制微弯型科氏质量流量计信号处理和驱动控制系统，实现了驱动控制方法、信号处理方法和误差修正方法。实验测试表明，研制的微弯型科氏质量流量变送器在测量单相流时，误差小于±0.1%，重复性优于0.05%，量程比为20:1 。测量气液两相流时，在量程比为10:1、含气量在0-25%范围内时，液体质量流量测量误差不大于±5%。各项技术性能达到计划书规定的指标要求。.共发表和录用期刊论文3篇，其中，国际刊物1篇，国内本专业核心期刊2篇；已投稿、在审查论文2篇；申请国家发明专利2项；6位硕士生和1位博士生参加了这个项目的研究工作，其中，2名硕士生已经毕业，并获得研究生国家奖学金，其中1名获得安徽省品学兼优毕业生称号；1名博士生获得两次博士生国家奖学金和校研究生十佳科技标兵称号；成果转让给国内3家企业。