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深入研究磁滯及其對刮板流量計的影響

作者:發表時間:2020-01-06


      上海儀表四廠的刮板流量計和質量流量控製器以其速度和精度而聞名,但是我們的速度對您的精度有多重要?在本文中,我們將深入研究磁滯及其對刮板流量計的影響。

      磁滯會導致儀表對重複的相同輸入產生不同的響應,從而降低測量精度。什麽是磁滯?簡而言之,磁滯是係統根據過去輸入的曆史對同一輸入做出不同反應的趨勢。例如,我們大多數人在室溫下吃過一塊巧克力。好吃 但是任何在烹飪中使用巧克力的人都知道,一旦巧克力被加熱並融化成液態,它就可以在冷卻到室溫時保持液態。根據巧克力的曆史記錄(加熱或冷卻),相同的輸入(溫度)會得出不同的結果(固體還是液體)。這是滯後效應,可能會導致獲得可重複結果的麻煩。

刮板流量計中的磁滯

      現在我們已經定義了磁滯,讓我們看看不同類型的質量流量測量技術如何表現出磁滯。刮板流量計通過振動氣體流過的彎曲管來工作,流量增加會增加係統質量,並引起二階振蕩,這種振蕩與流經管道的流體的密度和質量直接相關,這稱為科裏奧利效應。正如通過更快的流速增加質量會增加這些振蕩一樣,減少流量也會降低振蕩。但是,從一個流速快速變化到一個低得多的流速會導致滯後現象,因為二階振蕩需要一定的時間來衰減,直到它們對應於新的較低質量流量水平為止。

      您可以通過設置一個鍾擺來可視化磁滯對刮板流量計的影響。現在,從垂直方向上敲打鍾擺。您已經對擺的擺動產生了二階運動,即使您僅作了一會兒,也要花費一些時間才能消除這種附加運動的影響。如果您在擺錘落下之前再次點擊它,您將再次引起側向運動,但與第一次點擊時有所不同。

      刮板流量計可根據氣流的熱特性間接測量質量流量。他們不是檢測經過的物質的單個分子,而是檢測熱量對經過的物質的影響,這就是所謂的熱擴散原理。通常一小部分氣流會通過裝有多個溫度傳感器的加熱毛細管轉移,隨著流速的增加,氣體分子被管子加熱,然後將熱量進一步傳到管子下,直到其溫度恢複到之前的未加熱狀態。

      較高的流速將熱羽流進一步向下移動,而較低的流速僅使羽流略微移動。沿管子帶走的熱量還取決於氣體分子的熱特性,其濃度(壓力)和在加熱之前的環境溫度。當流速降低時,高流速會使熱羽流進一步向下移動,將需要一些穩定時間。這是因為感測低流速所需的細毛細管的高導熱率,也使其在降低流速後非常有效地保持升高的溫度。一些刮板流量計采用平均或預測算法來克服此滯後現象,如果您僅需要估計的流速,則這是一個很好的解決方案。當流速降低時,高流速會使熱羽流進一步向下移動,將需要一些穩定時間。這是因為感測低流速所需的細毛細管的高導熱率,也使其在降低流速後非常有效地保持升高的溫度。

      刮板流量計上的磁滯效應很容易在您的家用電爐灶上看到。在打開電爐之前,請先用手觸摸一下,然後將其取下。現在,將燃燒器撥盤調至高電平一秒鍾,然後立即將其關閉。將手放在燃燒器上;感覺比最初更熱嗎?您感覺到的熱量是殘留熱量,它不能準確反映沒有電壓進入燃燒器的當前狀態。如果您在燃燒器完全冷卻之前再次將燃燒器撥盤調高一秒鍾,則現在無電壓狀態下的燃燒器溫度會更高。當增加電壓時,熱量迅速增加,但是當去除電壓時,熱量耗散的速度就不那麽快了,這就是磁滯效應。

基於壓力的刮板流量計中的磁滯

      基於壓力的流量計有很多種,但它們都按照伯努利原理以某種方式測量流量,該原理指出運動流體中的壓力會降低。實際上,首先是由壓力差引起的流量,因此這種流量測量最接近源。基於壓差的流量計僅測量首先產生流量的壓差。像刮板流量計一樣,基於壓力的儀表也不能直接測量氣體的單個分子。使用非理想氣體定律從記錄的壓差計算質量流量測量值,我們的壓差傳感器采用的膜片會根據流動方向在一個方向或另一個方向上偏轉。此功能標誌著流量測量技術之間的關鍵區別。如果您在刮板流量計中快速逆流,您可能會陷入毛細管下遊和上遊都被加熱到某種程度的情況。同樣,刮板流量計的反向也不會抵消先前的振蕩,而是會為其增加新的方向,這兩種情況都有滯後現象。相反,膜不能同時向前和向後偏轉,因此切換流動方向沒有滯後。但是,隨著壓力差的變化,薄膜會向前和向後振動,

      您可以通過敲擊鼓來查看膜片式壓力傳感器的有限滯後現象,較重的敲擊聲(更大的壓力)會使鼓膜進一步偏轉,從而將較大的空氣壓縮到第二個膜上,產生您聽到的聲音。繃緊的膜迅速返回到未偏轉狀態,但是確實需要非常少的時間,這就是其滯後現象。膜的密封性決定了這種滯後的程度,鬆散的膜反應更慢,需要更長的時間才能停止振動。正確收緊的膜會很快潤濕。對於鼓來說,可能無法在第一次敲擊的磁滯效應消失之前再次敲擊。

      同樣,快速測量速度和最小的磁滯直接可提高每次質量流量測量的準確性。低磁滯意味著您可以確信當前的測量結果不是人為地建立在最後一個測量值的殘餘影響上,即使該測量值僅在10毫秒前也是如此。這種品質還使我們非常善於測量瞬態現象,例如油氣井或氣動探空火箭中姿態調節噴嘴的短暫氣動爆發。


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