科氏質(zhì)量流量計(jì)可以直接測量質(zhì)量流量,具有測量精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前發(fā)展最為迅速的流量計(jì)之一。科氏質(zhì)量流量計(jì)由質(zhì)量流量傳感器(或稱一次儀表)和變送器(或稱二次儀表)組成。
質(zhì)量流量傳感器由流量管、電磁激振器、速度傳感器、溫度傳感器和外殼組成。變送器由驅(qū)動模塊和數(shù)字處理模塊組成。驅(qū)動模塊為電磁激振器提供信號和能量,使流量管穩(wěn)幅振動; 數(shù)字處理模塊接收速度傳感器的輸出信號,交由核心處理器處理,得到質(zhì)量流量。其中,流量管的穩(wěn)幅振動是科氏質(zhì)量流量計(jì)工作的前提,所以,驅(qū)動部分是科氏質(zhì)量流量計(jì)的重要組成部分。根據(jù)驅(qū)動信號產(chǎn)生方法的不同,將科氏質(zhì)量流量計(jì)的驅(qū)動方式分為3種:模擬驅(qū)動、半數(shù)字驅(qū)動與全數(shù)字驅(qū)動。模擬驅(qū)動依靠模擬電路對驅(qū)動信號進(jìn)行幅值、頻率、相位的調(diào)節(jié),復(fù)雜度低,成本低。在單相流工況下,流量管的固有頻率、阻尼比較為穩(wěn)定,模擬驅(qū)動可以取得較好的驅(qū)動效果。半數(shù)字驅(qū)動是模擬驅(qū)動向全數(shù)字驅(qū)動發(fā)展的過渡產(chǎn)物,它的頻率、相位調(diào)節(jié)方法與模擬驅(qū)動相同,幅值的調(diào)節(jié)是通過軟件調(diào)節(jié)增益來實(shí)現(xiàn)的,驅(qū)動能力更強(qiáng)。全數(shù)字驅(qū)動的驅(qū)動信號來自于數(shù)字系統(tǒng)的合成,幅值、頻率、相位完全受數(shù)字系統(tǒng)的控制,驅(qū)動能力最強(qiáng)。當(dāng)遇到氣液兩相流和批料流等復(fù)雜工況,流量管的固有頻率和阻尼比將發(fā)生很大的變化,數(shù)字驅(qū)動也能驅(qū)動流量管振動。全數(shù)字驅(qū)動技術(shù)復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)困難,雖然有多篇論文從不同的方面對全數(shù)字驅(qū)動技術(shù)進(jìn)行介紹,但是,很少有論文全面地比較全數(shù)字驅(qū)動中的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié),并針對不同的應(yīng)用場合,提供對應(yīng)的技術(shù)方案。
本文對科氏質(zhì)量流量計(jì)中的全數(shù)字驅(qū)動技術(shù)進(jìn)行綜述。從驅(qū)動技術(shù)的控制對象—流量管振動系統(tǒng)出發(fā),研究它在氣液兩相流下的振動特性,其中,通過使用變送器在線分析流量管振動信號,得到流量管振動頻率的波動情況; 通過建立流量管振動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,得到流量管阻尼比的變化情況?;诹髁抗苷駝酉到y(tǒng)的振動特性,明確在氣液兩相流下,流量管振動系統(tǒng)對于驅(qū)動技術(shù)的要求,再結(jié)合不同工況下的測量需求,研究和選擇相應(yīng)的啟振方法與驅(qū)動參數(shù)調(diào)節(jié)方法,并比較單核DSP實(shí)現(xiàn)和雙核DSP+FPGA實(shí)現(xiàn)方案。