針對科氏流量計振動管管內(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)行了附著檢測實驗。實驗結(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 ( Coriolis mass flowmeter，CMF，以下簡稱科氏流量計) 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***為迅速的流量計之一 。

當(dāng)科氏流量計長時間使用之后，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的測量精度，尤其在小流量測量時，零點(diǎn)漂移使得流量計誤差急劇增大，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，并且不易實現(xiàn)。對于振動管的清洗工作，通常是在科氏流量計使用一段時間后，根據(jù)經(jīng)驗利用化學(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算法，具有精度高、實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.附著檢測實驗

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)定實驗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)定實驗

由于本文采用的科氏流量計測量對象是 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)定實驗。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，在實驗中采用“靜水法”測試，即在實驗時，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時跟蹤不同密度液體下振動管的振動頻率，實驗結(jié)果如表 1所示。

利用***小二乘法擬合實驗數(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 液體用于檢驗密度測量精度，驗證結(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 附著檢測實驗

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

由于模擬管內(nèi)附著實驗困難，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:

通過模擬實驗結(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;并通過實驗驗證了方法的有效性。

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，檢驗振動管的清洗效果。同時，也為科氏流量計振動管內(nèi)部附著測量的研究提供了一種新方法。