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深入研究磁滞及其对刮板流量计的影响

作者:发表时间:2020-01-06


      上海仪表四厂的刮板流量计和质量流量控制器以其速度和精度而闻名,但是我们的速度对您的精度有多重要?在本文中,我们将深入研究磁滞及其对刮板流量计的影响。

      磁滞会导致仪表对重复的相同输入产生不同的响应,从而降低测量精度。什么是磁滞?简而言之,磁滞是系统根据过去输入的历史对同一输入做出不同反应的趋势。例如,我们大多数人在室温下吃过一块巧克力。好吃 但是任何在烹饪中使用巧克力的人都知道,一旦巧克力被加热并融化成液态,它就可以在冷却到室温时保持液态。根据巧克力的历史记录(加热或冷却),相同的输入(温度)会得出不同的结果(固体还是液体)。这是滞后效应,可能会导致获得可重复结果的麻烦。

刮板流量计中的磁滞

      现在我们已经定义了磁滞,让我们看看不同类型的质量流量测量技术如何表现出磁滞。刮板流量计通过振动气体流过的弯曲管来工作,流量增加会增加系统质量,并引起二阶振荡,这种振荡与流经管道的流体的密度和质量直接相关,这称为科里奥利效应。正如通过更快的流速增加质量会增加这些振荡一样,减少流量也会降低振荡。但是,从一个流速快速变化到一个低得多的流速会导致滞后现象,因为二阶振荡需要一定的时间来衰减,直到它们对应于新的较低质量流量水平为止。

      您可以通过设置一个钟摆来可视化磁滞对刮板流量计的影响。现在,从垂直方向上敲打钟摆。您已经对摆的摆动产生了二阶运动,即使您仅作了一会儿,也要花费一些时间才能消除这种附加运动的影响。如果您在摆锤落下之前再次点击它,您将再次引起侧向运动,但与第一次点击时有所不同。

      刮板流量计可根据气流的热特性间接测量质量流量。他们不是检测经过的物质的单个分子,而是检测热量对经过的物质的影响,这就是所谓的热扩散原理。通常一小部分气流会通过装有多个温度传感器的加热毛细管转移,随着流速的增加,气体分子被管子加热,然后将热量进一步传到管子下,直到其温度恢复到之前的未加热状态。

      较高的流速将热羽流进一步向下移动,而较低的流速仅使羽流略微移动。沿管子带走的热量还取决于气体分子的热特性,其浓度(压力)和在加热之前的环境温度。当流速降低时,高流速会使热羽流进一步向下移动,将需要一些稳定时间。这是因为感测低流速所需的细毛细管的高导热率,也使其在降低流速后非常有效地保持升高的温度。一些刮板流量计采用平均或预测算法来克服此滞后现象,如果您仅需要估计的流速,则这是一个很好的解决方案。当流速降低时,高流速会使热羽流进一步向下移动,将需要一些稳定时间。这是因为感测低流速所需的细毛细管的高导热率,也使其在降低流速后非常有效地保持升高的温度。

      刮板流量计上的磁滞效应很容易在您的家用电炉灶上看到。在打开电炉之前,请先用手触摸一下,然后将其取下。现在,将燃烧器拨盘调至高电平一秒钟,然后立即将其关闭。将手放在燃烧器上;感觉比最初更热吗?您感觉到的热量是残留热量,它不能准确反映没有电压进入燃烧器的当前状态。如果您在燃烧器完全冷却之前再次将燃烧器拨盘调高一秒钟,则现在无电压状态下的燃烧器温度会更高。当增加电压时,热量迅速增加,但是当去除电压时,热量耗散的速度就不那么快了,这就是磁滞效应。

基于压力的刮板流量计中的磁滞

      基于压力的流量计有很多种,但它们都按照伯努利原理以某种方式测量流量,该原理指出运动流体中的压力会降低。实际上,首先是由压力差引起的流量,因此这种流量测量最接近源。基于压差的流量计仅测量首先产生流量的压差。像刮板流量计一样,基于压力的仪表也不能直接测量气体的单个分子。使用非理想气体定律从记录的压差计算质量流量测量值,我们的压差传感器采用的膜片会根据流动方向在一个方向或另一个方向上偏转。此功能标志着流量测量技术之间的关键区别。如果您在刮板流量计中快速逆流,您可能会陷入毛细管下游和上游都被加热到某种程度的情况。同样,刮板流量计的反向也不会抵消先前的振荡,而是会为其增加新的方向,这两种情况都有滞后现象。相反,膜不能同时向前和向后偏转,因此切换流动方向没有滞后。但是,随着压力差的变化,薄膜会向前和向后振动,

      您可以通过敲击鼓来查看膜片式压力传感器的有限滞后现象,较重的敲击声(更大的压力)会使鼓膜进一步偏转,从而将较大的空气压缩到第二个膜上,产生您听到的声音。绷紧的膜迅速返回到未偏转状态,但是确实需要非常少的时间,这就是其滞后现象。膜的密封性决定了这种滞后的程度,松散的膜反应更慢,需要更长的时间才能停止振动。正确收紧的膜会很快润湿。对于鼓来说,可能无法在第一次敲击的磁滞效应消失之前再次敲击。

      同样,快速测量速度和最小的磁滞直接可提高每次质量流量测量的准确性。低磁滞意味着您可以确信当前的测量结果不是人为地建立在最后一个测量值的残余影响上,即使该测量值仅在10毫秒前也是如此。这种品质还使我们非常善于测量瞬态现象,例如油气井或气动探空火箭中姿态调节喷嘴的短暂气动爆发。


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