針對科氏流量計(jì)振動管管內(nèi)附著檢測困難的問題，提出一種基于密度測量的科氏流量計(jì)管內(nèi)附著檢測方法。首先，在分析振動管振動頻率與管內(nèi)液體密度之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用基于相位匹配的算法實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤，根據(jù)頻率的變化檢測管內(nèi)是否附著;其次，通過配制不同密度的 NaCl 溶液標(biāo)定了頻率和密度之間的關(guān)系，密度測量的相對誤差低于 0． 3% ;***后，通過滴焊錫的方式進(jìn)行了附著檢測實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:可以通過測量管內(nèi)液體密度變化來判斷管內(nèi)是否有附著，為檢驗(yàn)振動管的清洗效果提供了一種新的方法。

0.引言

科里奧利質(zhì)量流量計(jì) ( Coriolis mass flowmeter，CMF，以下簡稱科氏流量計(jì)) 能夠直接測量液體的質(zhì)量流量，具有測量精度高、測量范圍廣、可多參數(shù)測量等優(yōu)勢，廣泛運(yùn)用于各個工業(yè)領(lǐng)域，是當(dāng)前發(fā)展***為迅速的流量計(jì)之一 。

當(dāng)科氏流量計(jì)長時間使用之后，振動管內(nèi)壁容易附著沉淀物，特別在振動管彎曲部分附著較多，使得振動管左右結(jié)構(gòu)不對稱，左右振動阻尼發(fā)生變化，造成科氏流量計(jì)零點(diǎn)發(fā)生漂移且不穩(wěn)定。這嚴(yán)重影響了科氏流量計(jì)的測量精度，尤其在小流量測量時，零點(diǎn)漂移使得流量計(jì)誤差急劇增大，甚至導(dǎo)致無法正常使用。文獻(xiàn)提出了測量振動管三階諧振頻率，并通過閾值判斷管內(nèi)是否有附著，該方法能夠檢測管內(nèi)附著，但閾值的設(shè)定困難，并且不易實(shí)現(xiàn)。對于振動管的清洗工作，通常是在科氏流量計(jì)使用一段時間后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)利用化學(xué)試劑對振動管內(nèi)部進(jìn)行清洗，該方法簡單有效，但無法確定何時清洗振動管，以及清洗的時間長短，且無法判斷清洗效果。

針對上述問題，本文提出一種基于測量振動管內(nèi)液體密度的變化來檢驗(yàn)管內(nèi)是否有沉淀物附著的方法。

1.附著檢測原理

科氏流量計(jì)可用于多參數(shù)測量，在測量液體質(zhì)量流量時，也能夠測量液體密度，可根據(jù)測量密度的變化判斷管內(nèi)是否有沉淀附著。

1. 1 基于密度測量的附著檢測原理

根據(jù)振動管的振動方程，振動頻率可以利用式(1) 進(jìn)行計(jì)算.

1. 2 頻率跟蹤算法

要確定振動管振動頻率和管內(nèi)液體密度之間的系數(shù)關(guān)系，首先需要實(shí)時地跟蹤振動管的振動頻率變化，準(zhǔn)確地測量液體的密度。

利用課題組自研的基于相位匹配的頻率跟蹤算法，實(shí)時跟蹤振動管的振動頻率。算法流程如下:

(9) 該頻率跟蹤算法是一種無偏的頻率估計(jì)算法，具有精度高、實(shí)時性與抗噪性能好等優(yōu)勢，滿足本文所需頻率跟蹤要求。

2.附著檢測實(shí)驗(yàn)

利用測量振動管內(nèi)液體密度變化判定管內(nèi)是否有物附著，需要通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)來確定振動管振動頻率和管內(nèi)液體密度之間的關(guān)系。

2. 1 密度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

由于本文采用的科氏流量計(jì)測量對象是 NaCl 溶液，可以利用食用鹽和水配制不同密度的 NaCl 溶液用于密度測量的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。配制液體時，采用 EL204 － 1C 型高精度的電子天平測量液體質(zhì)量，其測量范圍為0 ～ 220 g，實(shí)際測量精度可達(dá) 0． 1 mg;采用 100 mL 的

容量瓶測量液體體積，精度可達(dá)到 0． 01 mL。通過 ρ = m /V計(jì)算可得到液體的密度，根據(jù)有效數(shù)字的保留規(guī)則，配制的液體密度精度可達(dá) 1 mg /cm3 。

為了更準(zhǔn)確地標(biāo)定振動管振動頻率和管內(nèi)液體密度之間關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)中采用“靜水法”測試，即在實(shí)驗(yàn)時，使振動管內(nèi)充滿液體，但液體不流動，可減小外界因素對頻率跟蹤的干擾( 如壓力變化) ，提高標(biāo)定精度。利用基于相位匹配的頻率跟蹤算法實(shí)時跟蹤不同密度液體下振動管的振動頻率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 1所示。

利用***小二乘法擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到振動管的振動頻率和管內(nèi)液體密度的關(guān)系如圖 1 所示，線性回歸結(jié)果如表 2 所示。

由表 2 可知:擬合曲線的線性度很好，判定系數(shù)Ｒ2 接近于 1，且 F 檢驗(yàn)概率值 p 遠(yuǎn)小于顯著水平，說明回歸模型的擬合程度非常高，回歸方程高度顯著。

為檢驗(yàn)擬合所得的振動管振動頻率和管內(nèi)液體密度關(guān)系的準(zhǔn)確性，配制不同密度的 NaCl 液體用于檢驗(yàn)密度測量精度，驗(yàn)證結(jié)果如表 3 所示。

由表 3 可知: 通過標(biāo)定，密度測量精度高，可達(dá)3 mg / cm3 ，相對誤差低于 0． 3% 。

2. 2 附著檢測實(shí)驗(yàn)

本文采用課題組研制的小流量差分檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行模擬附著驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，該科氏流量計(jì)的振動管內(nèi)徑 0． 18 cm，長度 40 cm，通過計(jì)算，該科氏流量計(jì)對附著的測量分辨率大約 0． 03 g。

由于模擬管內(nèi)附著實(shí)驗(yàn)困難，通過在振動管外部滴焊錫的方式模擬附著。采用“靜水法”測量，減少了壓力變化等外界因素的影響，因此，附著于管內(nèi)和管外效果可等效。附著時:

通過模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著振動管壁附著物的增加，振動管振動頻率降低，測量的密度增加，其結(jié)果和理論推導(dǎo)一致，則該方法是有效的。在應(yīng)用中，可以通過測量振動管內(nèi)液體密度來檢測管內(nèi)是否有附著，且檢驗(yàn)振動管的清洗效果。

3.結(jié)論

本文提出了基于密度測量的科氏流量計(jì)內(nèi)部附著檢測方法;分析了振動管振動頻率和管內(nèi)液體密度之間的關(guān)系;推導(dǎo)管內(nèi)附著對密度測量的影響;并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的有效性。

結(jié)果表明:本文所提方法可以高精度地測量振動管內(nèi)部液體的密度，并可通過密度變化來判斷振動管內(nèi)壁是否有附著物，檢驗(yàn)振動管的清洗效果。同時，也為科氏流量計(jì)振動管內(nèi)部附著測量的研究提供了一種新方法。