科里奥利式质量流量计的改进设计

摘要

科里奥利质量流量计（Coriolis Mass Flowmeter，以下简称科氏质量流量计）能直接对质量流量的参数进行测量，且较同类产品测量的精度高，稳定性好。但我国的科氏流量计市场却被少数几家国外品牌所垄断，售价很高。
　　研究分析表明，国内的科氏流量计与国外同类产品比较主要在精度和稳定度方面有较大的差距。本文针对科氏流量计对测量精度和稳定度的要求，从振动原理、信号测量到驱动控制技术等方面进行较全面的研究和实验，应用嵌入式系统的硬件和相应的软件算法对科氏流量计进行了改进设计。进行的工作和取得的主要成果如下。
　　(1)现存的微弯型科氏质量流量计变送器在对小流量信号进行测量时，在测量精度和稳定度上无法达到理想效果。针对这一问题，基于原有处理信号的算法，对其进行改进和优化，利用两级滤波与四点拉格朗日插值方法相结合的“组合算法”，能更加彻底的滤除噪声，实现过零点检测计算。对后期得到的数据进行平均处理，使测量结果具有良好的精度和稳定度。
　　(2)采用模糊PID控制方法对测量管振动进行控制，极大地增强了测量管振动的抗干扰能力。实验结果表明，测量管从起振到振幅稳定使用传统PID控制时则需要13s，而使用模糊PID控制只需要4s左右。特别地，当测量管内流体突然变成气液二相流时，传统控制下需要22秒能恢复正常振动，而模糊控制方法只需要13s。
　　(3)在综合前述研究成果的基础上，研制出一款流量计变送器。与国外15mm口径微弯型传感器相匹配进行空管零点测试，并在实验平台上进行水流量测试实验，测试结果表明，变送器在长时间内均能具有很好的零点稳定性，且在20∶1的量程比范围内达到了0.5级测量精度，且重复性达到万分之三。实验测试证实了改进设计后的变送器系统能很好地提高微弯型传感器的测量精度和稳定度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题内容和本论文结构

1．3．1 课题内容

1．3．2 本文结构

第2章 科氏流量计结构分析

2．1 总体概述

2．1．1 科氏流量计的分类

2．1．2 工作原理

2．1．3 特点

2．2 总体结构分析

2．3 研究中主要存在的问题

2．4 本章小结

第3章 基于科氏流量计输出信号处理的方法研究

3．1 科氏流量计输出信号的特点

3．1．1 平稳单相流信号特点

3．1．2 复杂流量信号特点

3．2 传统信号处理方法

3．2．1 模拟信号处理方法

3．2．2 数字信号处理方法

3．3 信号检测改进算法及高精度实现

3．3．1 两级滤波

3．3．2 四点拉格朗日插值

3．3．3 两级平均处理

3．3．4 算法仿真

3．4 本章小结

第4章 基于测量管振动快速恢复方法研究

4．1 驱动系统分析

4．2 测量管振幅模糊控制方法设计

4．3 测量管振幅模糊控制仿真研究

4．4 测量管振幅模糊控制实验验证

4．5 本章小结

第5章 科氏流量计应用与实现

5．1 概述

5．2 硬件系统

5．2．1 主控芯片的选择

5．2．2 基本结构

5．2．3 电源系统

5．2．4 单片机系统

5．2．5 信号输入调理电路

5．3 软件系统

5．3．1 资源分配

5．3．2 总调度程序

5．3．3 初始化模块

5．3．4 中断模块

5．3．5 信号采集模块

5．3．6 通讯模块

5．3．7 脉冲输出

5．4 测试实验

5．4．1 空管零点测试

5．4．2 水流量测量

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录A

附录B(攻读学位期间的主要学术成果)

致谢