专利名称：基于辅助电磁铁的科里奥利质量流量计零点稳定方法
技术领域：
本发明涉及科里奥利质量流量计中的零点稳定方法，特别是涉及一种基于辅助电磁铁的科里奥利质量流量计零点稳定方法。
背景技术：
科里奥利质量流量计(以下简称科氏流量计)，是利用流体流过振动着的振动管时，产生的科氏力，并利用传感器检测到的因科氏力产生的扭转角来测量出流体的质量。这种流量计可对一般液体、密度较高的气体等进行测量。科氏流量计由振动管(一般呈对称状)及安装其上的驱动电磁铁(安装在振动管对称点)、检测电磁铁(两个检测电磁铁以驱动电磁铁为中心点对称安装在振动管左右两侧)、温度计以及与之相联结的二次仪表所构成。 其中振动管有弯管、直管、单管、双管之分，是科氏流量计最关键的部件，它的性能稳定与否直接关系到科氏流量计的性能稳定与否。科氏流量计应用于温度变化的测量场合时，如环境温度变化或被测介质温度变化场合时，科氏流量计的零点经常会发生漂移，使得流量计的测量精度降低，尤其是在小流量测量时，零点漂移使得流量计误差急剧增大，严重时甚至使得科氏流量计无法正常计量。零点漂移主要是由于振动管左右两侧的振动阻尼的不均衡变化引起的，体现在检测电磁铁的输出信号上，表现为左右两侧速度传感器输出的正弦信号的幅值的不均衡变化。零点漂移的原因包括以下两点1)左右速度信号幅值的共模变化(由振动管左右两侧振动阻尼的共模变化引起)；2)左右速度信号幅值的差模变化(由振动管左右两侧振动阻尼的差模变化引起)。目前对于零点漂移的解决方案，一般都是采用对温度不敏感的金属材料作为振动管的加工材料，或采用复杂的金属处理工艺使得振动管对温度变化不敏感，以获得稳定的零点性能。该方案存在的不足之处是导致科氏流量计的生产成本非常高，进而导致销售价格非常高，严重制约了科氏流量计的推广使用。因此，如何使用简单材料简单工艺获得稳定的零点性能，成为科氏流量计行业发展的瓶颈性问题。专利US20050251351A1采用取消传统的安装于振动管对称点的驱动电磁铁，并在左右检测电磁铁处分别安装两个驱动电磁铁，通过二次仪表分别激励两驱动电磁铁并保证两检测电磁铁处的振动幅值相同的方案，克服导致零点漂移的两点原因，以此获得稳定的零点性能。该方案存在着一些不足
两驱动电磁铁分别激励，需要两套相对独立的激励电路，导致二次仪表电路复杂化，并且导致科氏流量计整机消耗功率过大；两驱动电磁铁分别激励，需要分别计算各路驱动电磁铁的功率放大因子，导致二次仪表控制回路复杂化，并且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于辅助电磁铁的科里奥利质量流量计零点稳定方法，由驱动反馈环、左反馈环和右反馈环共同实现，可用较低的成本获得稳定的零点性能。为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下
本发明的零点稳定方法是由驱动反馈环、左反馈环和右反馈环共同实现，其中，驱动反馈环消除振动管左右两侧振动阻尼共模变化引起的零点漂移，左反馈环消除振动管左侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移，右反馈环消除振动管右侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移。所述的驱动反馈环消除振动管左右两侧振动阻尼共模变化引起的零点漂移方法， 是由安装在振动管对称点的驱动电磁铁和辅助检测电磁铁，以及内置于二次仪表中的包含中间幅值检测电路、中间幅值设定电路、中间放大设定电路和中间驱动电路的驱动控制电路来实现，通过中间幅值检测电路检测从辅助检测电磁铁输出的正弦电流幅值，并与预先存在中间幅值设定电路的设定幅值作比较，比较得出的差值做为控制变量，通过中间放大设定电路，用以调整中间驱动电路输入到驱动电磁铁的正弦电流放大因子，从而维持驱动电磁铁处的振动管振幅恒定。所述的左反馈环消除振动管左侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移方法，是由安装在振动管左侧的左检测电磁铁和左辅助驱动电磁铁，以及内置于二次仪表中的包含左幅值检测电路、左幅值设定电路、左放大设定电路和左辅助驱动电路的左控制电路来实现，通过左幅值检测电路检测从左检测电磁铁输出的正弦电流幅值，并与预先存在左幅值设定电路的设定幅值作比较，比较得出的差值做为控制变量，通过左放大设定电路，控制左辅助驱动电路输入到左辅助驱动电磁铁的直流电流，以此控制左辅助驱动电磁铁输出的静态力， 从而通过改变左检测电磁铁处振动管双管之间的距离来改变左检测电磁铁处振动管的振动阻尼，维持左检测电磁铁处的振动管振幅稳定。所述的右反馈环消除振动管右侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移方法，是由安装在振动管右侧的右检测电磁铁和右辅助驱动电磁铁，以及内置于二次仪表中的包含右幅值检测电路、右幅值设定电路、右放大设定电路和右辅助驱动电路的右控制电路来实现，通过右幅值检测电路检测从右检测电磁铁输出的正弦电流幅值，并与预先存在右幅值设定电路的设定幅值作比较，比较得出的差值做为控制变量，通过右放大设定电路，控制右辅助驱动电路输入到右辅助驱动电磁铁的直流电流，以此控制右辅助驱动电磁铁输出的静态力， 从而通过改变右检测电磁铁处振动管双管之间的距离来改变右检测电磁铁处振动管的振动阻尼，维持右检测电磁铁处的振动管振幅稳定。本发明具有的有益效果是
(1)根据振动管自身的振动性能，实时检测并调整振动管阻尼，确保科氏流量计的零点稳定，从而为科氏流量计在复杂工业现场的应用创造了有利条件。(2)采用简单的材料制造振动管，且不需要复杂的金属处理工艺，有效降低科氏流量计的生产成本，有利于科氏流量计的推广使用。(3)所有控制回路均由简单的模拟电路实现，不涉及复杂的控制算法，可靠性高。本发明可以使用在任意对称形状的弯管、直管、单管、双管等科氏流量计中。
图1是本发明与振动管及二次仪表相装配的简化示意图。
图2是本发明中驱动反馈环的工作原理图。图3是本发明中右反馈环的工作原理图。图4是本发明中左反馈环的工作原理图。图中1、振动管，2、二次仪表，3、驱动电磁铁，4、辅助检测电磁铁，5、驱动控制电路，5A、中间幅值检测电路，5B、中间幅值设定电路，5C、中间放大设定电路，5D中间驱动电路、，6、左检测电磁铁，7、左辅助驱动电磁铁，8、左控制电路，8A、左幅值检测电路，8B、左幅值设定电路，8C、左放大设定电路，8D、左辅助驱动电路，9、右检测电磁铁，10、右辅助驱动电磁特，11、右控制电路，11A、右幅值检测电路，11B、右幅值设定电路，11C、右放大设定电路， 11D、右辅助驱动电路。
具体实施例方式下面结合附图和实施例详细说明本发明的具体实施方式
。如图1所示，本发明的零点稳定方法是由驱动反馈环、左反馈环和右反馈环共同实现，可以使用在任意对称形状的弯管、直管、单管、双管等科氏流量计中。其中，驱动反馈环消除振动管1左右两侧振动阻尼共模变化引起的零点漂移，左反馈环消除振动管1左侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移，右反馈环消除振动管1右侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移。如图2所示，所述的驱动反馈环消除振动管1左右两侧振动阻尼共模变化引起的零点漂移方法，是由安装在振动管1对称点的驱动电磁铁3和辅助检测电磁铁4，以及内置于二次仪表2中的包含中间幅值检测电路5A、中间幅值设定电路5B、中间放大设定电路5C 和中间驱动电路5D的驱动控制电路5来实现，通过中间幅值检测电路5A检测从辅助检测电磁铁4输出的正弦电流幅值，并与预先存在中间幅值设定电路5B的设定幅值作比较，比较得出的差值做为控制变量，通过中间放大设定电路5C，用以调整中间驱动电路5D输入到驱动电磁铁3的正弦电流放大因子，从而维持驱动电磁铁处的振动管振幅恒定。如图2所示，示意性地表示了本发明驱动反馈环中驱动电磁铁3、辅助检测电磁铁 4、驱动控制电路5相互配合以消除振动管1左右两侧振动阻尼共模变化影响的工作原理。 辅助检测电磁铁4检测振动管1的振动，并输出与振动管1振动速度成比例的正弦信号。辅助检测电磁铁4输出的正弦信号一方面通过中间驱动电路5D进行电压及功率放大(放大倍数由中间放大设定电路5C确定)，再输入到驱动电磁铁3中产生正弦力驱动振动管1振动。 辅助检测电磁铁4、中间驱动电路5D、驱动电磁铁3、振动管1共同组成闭环、自激、谐振系统，确保振动管1在其固有频率处振动。如图2所示，辅助检测电磁铁4输出的正弦信号另一方面通过中间幅值检测电路 5A，检测出该正弦信号的幅值，并与中间幅值设定电路5B设定的幅值，在中间减法器中相减，相减所得到的差值输入到中间放大设定电路5C，做为控制变量计算得到中间驱动电路 5D的电压及功率放大倍数。当振动管1受到温度影响，振动阻尼变大(变小)时，辅助检测电磁铁4输出的正弦信号幅值变小(变大)，与设定幅值的差值相应变大(变小)，导致中间驱动电路5D放大倍数与输入到驱动电磁铁3的正弦电流同时变大(变小)，这样，振动管1就能维持在恒定的振幅振动，消除了由于温度变化引起的振动阻尼变化对科氏流量计零点的影响。CN 102183278 A
说明书
4/5页如图3、图4所示，示意性地表示了本发明右反馈环中右检测电磁铁9、右辅助驱动电磁铁10、右控制电路11相互配合工作，以及左反馈环中左检测电磁铁6、左辅助驱动电磁铁7、左控制电路8相互配合工作，共同消除振动管1左右两侧振动阻尼的差模变化的工作原理。如图3所示，所述的右反馈环消除振动管1右侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移方法，是由安装在振动管1右侧的右检测电磁铁9和右辅助驱动电磁铁10，以及内置于二次仪表2中的包含右幅值检测电路11A、右幅值设定电路11B、右放大设定电路IlC和右辅助驱动电路IlD的右控制电路11来实现，通过右幅值检测电路IlA检测从右检测电磁铁 9输出的正弦电流幅值，并与预先存在右幅值设定电路IlB的设定幅值作比较，比较得出的差值做为控制变量，通过右放大设定电路11C，控制右辅助驱动电路IlD输入到右辅助驱动电磁铁10的直流电流，以此控制右辅助驱动电磁铁10输出的静态力，从而通过改变右检测电磁铁9处振动管1双管之间的距离来改变右检测电磁铁9处振动管1的振动阻尼，维持右检测电磁铁处的振动管振幅稳定。如图3所示，是本发明右反馈环中右检测电磁铁9、右辅助驱动电磁铁10、右控制电路11相互配合以消除振动管1右振动阻尼变化影响的工作原理图。右检测电磁铁9检测检测振动管1右侧的振动，并输出与振动管1右侧振动速度成正比例的正弦信号。右检测电磁铁9输出的正弦信号一方面输入二次仪表2以检测流量，另一方面通过右幅值检测电路11A，检测出该正弦信号的幅值，并与右幅值设定电路IlB设定的幅值，在右减法器中相减，相减所得到的差值输入到右放大设定电路11C，做为控制变量计算右辅助驱动电路IlD 的输出电流。右辅助驱动电路1ID输出一直流电流，流经右辅助驱动电磁铁10，产生一静态作用力，改变振动管1右侧两管之间的距离，以此改变振动管1右侧的振动性能，尤其是振动阻尼。如图3所示，当振动管1右侧受到温度影响，振动阻尼改变时，右检测电磁铁9输出的正弦信号幅值改变，与设定幅值的差值相应改变，导致右放大设定电路IlC的输出电压改变，流经右辅助驱动电磁铁10的直流电流改变，产生的静态作用力改变，振动管1右侧两管之间的距离改变。此过程一直实时调整，直到振动阻尼再次变回受温度影响前的状态， 从而消除了由于温度变化引起的振动管1右侧振动阻尼变化对科氏流量计零点的影响。如图4所示，所述的左反馈环消除振动管1左侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移方法，是由安装在振动管1左侧的左检测电磁铁6和左辅助驱动电磁铁7，以及内置于二次仪表2中的包含左幅值检测电路8A、左幅值设定电路8B、左放大设定电路8C和左辅助驱动电路8D的左控制电路8来实现，通过左幅值检测电路8A检测从左检测电磁铁6输出的正弦电流幅值，并与预先存在左幅值设定电路8B的设定幅值作比较，比较得出的差值做为控制变量，通过左放大设定电路8C，控制左辅助驱动电路8D输入到左辅助驱动电磁铁7的直流电流，以此控制左辅助驱动电磁铁7输出的静态力，从而通过改变左检测电磁铁6处振动管1双管之间的距离来改变左检测电磁铁6处振动管1的振动阻尼，维持左检测电磁铁处的振动管振幅稳定。 如图4所示，是本发明左反馈环中左检测电磁铁6、左辅助驱动电磁铁7、左控制电路8相互配合以消除振动管1左振动阻尼变化影响的工作原理图。左检测电磁铁6检测检测振动管1左侧的振动，并输出与振动管1左侧振动速度成正比例的正弦信号。左检测电磁铁6输出的正弦信号一方面输入次仪表2以检测流另_ -方面通过左幅值检测电路 8Α,检测出该正弦信号的幅值,并与左幅值设定电路8Β设定的幅值,在左减法器中相减,差值输入到左放大设定电路8C,决定左辅助驱动电路8D的输出电流。左辅助驱动电路8D输出一直流电流,流经左辅助驱动电磁铁7,产牛-静态作用力，改变振动管1左侧两管之间的距离，以此改变振动管1左侧的振动性能，Λ其是振动阻尼。 阁4所示，当振动育1左侧受到溫度影响，振动阻尼改变时，左检测电磁铁6输出的正弦信号幅值改变,与设定幅值的差值相应改变，导致左放大设定电路8C的输出电压改变，流经左辅助驱动电磁铁7的直流电流改变,产屮的静态作用力改变,振动管1左侧W管之间的距离改变。此过程一直实时调整,直到振动阻Jfl冉次变回受溫度影响前的状态，从而消除丫山于温度变化引起的振动管1左侧振动阻尼变化对科氏流M计零点的影响。
权利要求
1.一种基于辅助电磁铁的科里奥利质量流量计零点稳定方法，其特征在于零点稳定方法是由驱动反馈环、左反馈环和右反馈环共同实现，其中，驱动反馈环消除振动管(1)左右两侧振动阻尼共模变化引起的零点漂移，左反馈环消除振动管(1)左侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移，右反馈环消除振动管(1)右侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移。
2.根据权利要求1所述的基于辅助电磁铁的科里奥利质量流量计零点稳定方法，其特征在于所述的驱动反馈环消除振动管(1)左右两侧振动阻尼共模变化引起的零点漂移方法，是由安装在振动管(1)对称点的驱动电磁铁(3)和辅助检测电磁铁(4)，以及内置于二次仪表(2)中的包含中间幅值检测电路(5A)、中间幅值设定电路(5B)、中间放大设定电路(5C)和中间驱动电路(5D )的驱动控制电路(5 )来实现，通过中间幅值检测电路(5A)检测从辅助检测电磁铁(4)输出的正弦电流幅值，并与预先存在中间幅值设定电路(5B)的设定幅值作比较，比较得出的差值做为控制变量，通过中间放大设定电路(5C)，用以调整中间驱动电路(5D)输入到驱动电磁铁(3)的正弦电流放大因子，从而维持驱动电磁铁处的振动管振幅恒定。
3.根据权利要求1所述的基于辅助电磁铁的科里奥利质量流量计零点稳定方法，其特征在于所述的左反馈环消除振动管(1)左侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移方法， 是由安装在振动管(1)左侧的左检测电磁铁(6 )和左辅助驱动电磁铁(7 )，以及内置于二次仪表(2)中的包含左幅值检测电路(8A)、左幅值设定电路(8B)、左放大设定电路(8C)和左辅助驱动电路(8D )的左控制电路(8 )来实现，通过左幅值检测电路(8A)检测从左检测电磁铁(6)输出的正弦电流幅值，并与预先存在左幅值设定电路(8B)的设定幅值作比较，比较得出的差值做为控制变量，通过左放大设定电路(8C)，控制左辅助驱动电路(8D)输入到左辅助驱动电磁铁(7)的直流电流，以此控制左辅助驱动电磁铁(7)输出的静态力，从而通过改变左检测电磁铁(6 )处振动管(1)双管之间的距离来改变左检测电磁铁(6 )处振动管(1) 的振动阻尼，维持左检测电磁铁处的振动管振幅稳定。
4.根据权利要求1所述的基于辅助电磁铁的科里奥利质量流量计零点稳定方法，其特征在于所述的右反馈环消除振动管(1)右侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移方法， 是由安装在振动管(1)右侧的右检测电磁铁(9)和右辅助驱动电磁铁(10)，以及内置于二次仪表(2)中的包含右幅值检测电路(11A)、右幅值设定电路(11B)、右放大设定电路(IlC) 和右辅助驱动电路(IlD)的右控制电路(11)来实现，通过右幅值检测电路(IlA)检测从右检测电磁铁(9)输出的正弦电流幅值，并与预先存在右幅值设定电路(IlB)的设定幅值作比较，比较得出的差值做为控制变量，通过右放大设定电路(11C)，控制右辅助驱动电路 (11D)输入到右辅助驱动电磁铁(10)的直流电流，以此控制右辅助驱动电磁铁(10)输出的静态力，从而通过改变右检测电磁铁(9)处振动管(1)双管之间的距离来改变右检测电磁铁(9)处振动管(1)的振动阻尼，维持右检测电磁铁处的振动管振幅稳定。
全文摘要
本发明公开了一种基于辅助电磁铁的科里奥利质量流量计零点稳定方法。由驱动反馈环、左反馈环和右反馈环共同实现，其中，驱动反馈环消除振动管左右两侧振动阻尼共模变化引起的零点漂移，左反馈环和右反馈环共同消除振动管左右两侧振动阻尼差模变化引起的零点漂移。根据振动管自身的振动性能，实时检测并调整振动管阻尼，确保科氏流量计的零点稳定，从而为科氏流量计在复杂工业现场的应用创造有利条件；采用简单的材料制造振动管，且不需要复杂的金属处理工艺，有效降低科氏流量计的生产成本，有利于科氏流量计的推广使用；所有控制回路均由简单的模拟电路实现，不涉及复杂的控制算法，可靠性高。本发明可以使用在任意弯管、直管型科氏流量计上。
文档编号G01F1/80GK102183278SQ20111005217
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者傅新, 叶朋, 王利军, 胡亮 申请人:浙江大学