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科氏質量流量計在尿素機加注時的信號處理難點
發布時間:2022-11-02 07:26:50

通過尿素機添加車用尿素溶液,可與汽車尾氣中的NOx發生反應,生成無污染的N2和H2O,從而達到柴油車排放要求。準確計量尿素流量是尿素機計費的核心問題。市場上絕大部分尿素機所用的流量計均為容積式流量計,計量較為準確,但當被測氣體或液體受溫度或壓力影響而改變體積時,易造成較大誤差。對于尿素機而言,在寒冷地區計量時易受低溫結晶影響;在溫度變化較大地區易受熱脹冷縮影響而造成較大誤差。

科氏質量流量計能夠提供高精度和直接的質量流量測量,其測量準確且不受溫度與壓力變化影響。為了將科氏質量流量計應用到尿素機上,首先要解決尿素機加注液體時的信號處理難點。一方面,尿素機是用啟停法加注尿素,由一開始的零流量驟增到最大流量,保持最大流量一段時間后,由加注人員調整加注槍減小流量,末尾階段最小流量由機器自動加注,多次的流量切換,給科氏質量流量計的動態響應速度提出了較高的要求。

另一方面,為了將科氏質量流量計安裝在尿素機上,要求科氏質量流量計的體積小,因此,制造方選用了微彎管型科氏流量計。它的優點是體積小,安裝較為容易,不易殘留雜質。但是,對信號處理提出了挑戰。這是因為微彎型科氏質量流量管的固有頻率高,一般大彎管型科氏質量流量管的固有頻率為75~150Hz,國內的微彎型科氏質量流量管的固有頻率一般是300Hz左右,而課題組選用的是600多Hz,必須提高采樣頻率。而受科氏質量流量變送器芯片運算能力的限制,這就需要研究合適的算法,并要求的運算量較少;微彎型科氏質量流量傳感器輸出的相位差小,一般是大彎管型的1/9,這使得信號處理難度加大。尤其是在尿素機加注末尾階段,微彎型科氏質量流量傳感器本來相位差就很小,小流量時的相位差則更小,而較小的相位差由于算法運算時間與算法本身的誤差,相比較于大相位差而言誤差更大。因此,在尿素機上應用科氏質量流量計不僅要求較快的算法跟蹤速度,還要求較高的小流量測量精度。

在啟停測量與需要較快動態響應速度方面,國內外學者做了許多研究。Clark等認為流量計的動態響應與機械設計、驅動控制以及信號處理等方面有關,并對一批商用流量計做了動態響應實驗;Henry等研制了新型數字變送器,當流量發生階躍式變化時,也能達到較高的精度與較好的重復性;涂亞慶等對批料流中科氏質量流量計動態響應速度進行了研究。但是,鮮見科氏質量流量計應用于尿素機方面的文獻。

為了將科氏質量流量計應用到尿素加注機上,首先根據加注過程中的科氏質量流量計的輸出信號,建立相位差變化的數學模型; 根據此模型,分析加注過程中的流量變化規律;對比2種工業領域實用效果較好的信號處理方法,選取其中更為適用的算法,并進行改進;研制微彎型科氏質量流量變送器的硬件模塊和軟件?;谝陨舷到y及改進后的算法,進行水流量標定試驗和尿素機加注標定實驗,驗證方案的有效性與實用性。

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