专利名称：质量流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型属于流量、质量流的测量装置。
背景技术：
现有的科里奥利质量流量计(下简称科氏流量计)中，如申请号为96102362.7的专利“具有至少一个测量管的科氏型质量流量计”，信号处理的方法均为先检测出振动传感管对称两侧的振动运动信号，再求取这两个振动运动信号的绝对微小相位的时间差，相位时间差的大小便与管道内质量流量的大小成正比，最后对相位时间差信号进行标度变换即可得到质量流量的测量结果。图1所示为典型的U型管结构的科氏流量计。Qm为待测的质量流量，在管道连接基座103上的振动传感管102质量中心位置装有电磁激振器105，振动传感管102对称两侧设置振动传感器101和104，以分别检测振动信号S1和S2，将此两信号输入至电路系统中进行放大滤波等处理，最后获得两信号的微小相位时间差，此相位差与管道中流体介质的质量流量成正比，故求得相位时间差就实现了质量流量的检测。
在这类科氏流量计中，信号处理电路系统的基本结构如图2所示。其中201、202是前置放大器，其作用是对振动信号进行放大和滤波处理；203是反馈单元，其作用是引入振动激励反馈与设定，以产生正反馈激励驱动信号F，维持系统稳定的振动。204是鉴相器，其作用是求取两信号的相位差，相位差的大小即反映了管道内质量流量的大小。具体电路装置的实现形式可以有模拟式和数字计数式两种。
其它型式的科氏流量计除振动传感管型式不同外，在信号检测与处理上，均是采用如上所述的求取两信号的绝对相位时间差的方法。但理论的深入分析和实际情况均表明，科氏流量计中，相位差大小与振动传感器的谐振频率无关而仅与质量流量大小成正比的条件并不能绝对地得到保证，有许多因素会引起仪表测量方程的乘性误差。因此，求取两信号绝对相位时间差的信号检测与处理的方法很难保证流量计的总体精度达到更高的水平。

发明内容
本实用新型提供一种质量流量计，其目的是进一步减少各种误差因素对测量的影响，提高仪表精度。
本实用新型的一种质量流量计，在振动传感管质量中心位置装有电磁激振器，振动传感管中心两侧对称位置上至少设置两个振动传感器，振动传感器输出分别电信号连接前置放大器，各前置放大器输出电信号连接鉴相器输入，其中一前置放大器输出电信号连接反馈单元，反馈单元产生正反馈激励驱动信号F电信号连接电磁激振器输入；其特征在于前置放大器之一输出电信号连接周期测量电路单元，后者的输出信号TS和鉴相器输出信号ΔT送入除法器单元，除法器输出Δt/TS电信号连接仪表标度变换单元，最终输出Qm＝k·Δt/TS；其中Qm为被测质量流量、k为仪表标度系数、Δt为振动传感器拾取的振动信号相位时间差、TS为振动信号的振动周期。
本实用新型在获取振动信号S1和S2后，对其中任意一个信号进行处理与变换，以求得振动信号的周期TS，求取振动信号S1和S2的相位时间差Δt，最后将此相位时间差Δt与周期TS相除。作此处理后，可求得另一信号参数，即相对相位时间差(定义为SD＝Δt/TS)，最终，电路装置以kSD(k为仪表标度变换常数)来作为实际质量流量大小的测量输出信号。
影响科氏流量计精度的误差因素很多，其中许多因素是乘性误差。用方程式说明如下若仪表测量方程是Qm＝C0Δt(Qm为被测质量流量，C0是仪表标度系数，Δt为求取的绝对相位时间差)，但乘性误差因数，如振动测量管的加工误差，两管的不一致性，温度、压力以及介质密度大范围的变化等，均会造成仪表标度系数偏离原设计值C0而成为C＝C0+ΔC，这样质量流量便成为Q′m＝(C0+ΔC)Δt，直接产生了仪表测量误差ΔQm＝Q′m-Qm＝(C0+ΔC)Δt-C0Δt＝ΔCΔt。而本发明信号处理的方法是在求得绝对相位时间差信号X＝(C0+ΔC)Δt，之后，还同时求得周期信号Y＝(C0+ΔC)TS，这样，对上述两信号作除法运算的信号处理，得到相对相位时间差信号SD＝X/Y＝(C0+ΔC)Δt/(C0+ΔC)TS＝ΔtTs后再进行标度变换，就可消除乘性误差，得到精度更高的测量结果Qm＝KΔt/TS(其中K为最终的仪表标度系数)。故本发明的优点是可以显著地改善仪表精度。


图1为U型管结构的科氏质量流量计示意图；图2为现有科氏质量流量计信号处理电路示意图；图3为本实用新型的质量流量计信号处理电路示意图。
具体实施方式
图3为本实用新型信号处理电路的一种基本实施形式，其中前置放大器201、202是完全相同的电路，由运算放大器构成高输入阻抗型的二阶带通滤波器来实现，运算放大器具体型号可选用OP07型精密运算放大器。反馈单元203由二级放大器来实现，第一级是增益可调的比例放大器，将振动信号放大至一合适值，第二级是开环放大器带推挽功率输出放大器，第一级、第二级放大器可由一片双运算放大器组成，如LM358型运算放大器，推挽功率放大则采用中功率推挽三极管组成。
鉴相器204，具体可由两个过零比较器分别对二路正弦信号的过零点进行检测，形成脉冲信号，然后用逻辑门电路求出两信号相位差的时间脉宽，再用稳定的高频计数脉冲对脉宽进行计数求得相位差时间大小，过零比较器可由LM311型比较器构成；逻辑门电路以74LS86型异或门为核心构成；计数器则可采用多片74LS93计数器级联构成，总的计数位数结合计数脉冲的频率以及微处理器的处理字长来确定一合适值。205是周期测量电路单元，其作用是求取振动信号周期Ts，可用脉冲填充计数或其它标准的处理电路单元来实现。
205实质上与204的结构相同，先由一过零比较器得到振动信号的正半周，再用计数方法求取正半周的时间大小，即可得到振动信号的周期值。其中具体过零比较器与计数器的实施器件同204。206是除法器，其作用是实现Δt/TS的除法功能，207是仪表标度变换单元，其作用是对相对相位时间差信号进行线性或非线性运算，得到最终反映质量流量大小的一个标准输出信号，并以质量流量的工程单位进行显示。
由于这种流量计通常是以单片微计算机为核心构成信号处理系统，故除法与精度转换单元的运算可以由CPU软件编程来完成，而单片微计算机可采用51或96型CPU。
权利要求1.一种质量流量计，在振动传感管质量中心位置装有电磁激振器，振动传感管中心两侧对称位置上至少设置两个振动传感器，振动传感器输出分别电信号连接前置放大器，各前置放大器输出电信号连接鉴相器输入，其中一前置放大器输出电信号连接反馈单元，反馈单元产生正反馈激励驱动信号F电信号连接电磁激振器输入；其特征在于前置放大器之一输出电信号连接周期测量电路单元，后者的输出信号Ts和鉴相器输出信号ΔT送入除法器单元，除法器输出Δt/Ts电信号连接仪表标度变换单元，最终输出Qm＝k·Δt/Ts；其中Qm为被测质量流量、k为仪表标度系数、Δt为振动传感器拾取的振动信号相位时间差、Ts为振动信号的振动周期。
专利摘要质量流量计，属于流量、质量流的测量装置，其目的是进一步减少各种误差因素对测量的影响，提高仪表精度。本实用新型在振动传感管上装有电磁激振器，并至少设置两个振动传感器，各振动传感器输出到前置放大器，各前置放大器输出到鉴相器，其中一前置放大器输出经反馈单元送电磁激振器；前置放大器之一输出至周期测量电路单元，后者的输出信号T
文档编号G01F1/84GK2653452SQ200320115670
公开日2004年11月3日 申请日期2003年10月28日 优先权日2003年10月28日
发明者叶林, 张 杰 申请人:华中科技大学