遲滯現(xiàn)象對各類質(zhì)量流量計的影響

響應速度是質(zhì)量流量計的一項關鍵性能指標，那么，響應速度對流量測量或控制精度究竟有什么影響呢？下文我們就來探討下一般質(zhì)量流量計的遲滯現(xiàn)象。

  遲滯現(xiàn)象將使得一臺質(zhì)量流量計對*相同的輸入值作出不同的響應，從而導致流量測量精度偏差。什么是遲滯現(xiàn)象呢？簡單來講，遲滯現(xiàn)象就是某一系統(tǒng)經(jīng)過某一輸入路徑之運作后，即使換回zui初的狀態(tài)時同樣的輸入值，狀態(tài)也不能回到其初始。舉個例子，通常我們在室溫下吃的巧克力是條形、塊狀或球形的。有時候自己動手做個蛋糕或烤個曲奇餅也會用到巧克力，這時需要將巧克力棒加熱熔化成巧克力醬。您有沒有發(fā)現(xiàn)即便冷卻后回到室溫狀態(tài)下，化了的巧克力再也恢復不到原來的形狀了。一塊正常的巧克力和被加熱冷卻過后的巧克力，在同樣的輸入路徑(即溫度)下處于兩種不同的形態(tài)(固態(tài)和液態(tài))，這就是遲滯現(xiàn)象。遲滯現(xiàn)象將阻礙事物獲得可重復的結(jié)果。

上圖為橡皮筋拉伸后的彈性遲滯現(xiàn)象。藍色與紅色曲線中間的部分即為橡皮筋被拉伸后由于摩擦力而無法恢復至原始形狀的傾向。

  科里奧利質(zhì)量流量計中的遲滯現(xiàn)象

  了解了什么是遲滯現(xiàn)象，接著我們就來探索下不同測量原理的質(zhì)量流量計呈現(xiàn)出來的遲滯現(xiàn)象有何不同?？评飱W利質(zhì)量流量計通過振動U形管來測量流體的流量。增大流量將增加系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量并產(chǎn)生與被測介質(zhì)的密度與質(zhì)量直接相關的二級振動，即稱為科里奧利效應力。就像流量迅速增大時通過系統(tǒng)的介質(zhì)的質(zhì)量將增大，從而二級振動增強，反之亦然，流量減小時二級振動減弱。然而，當流量從一個點急劇下降至一個相對低很多的點時就會出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象，因為二級振動需要一定的時間恢復歸位才能對新的、較低的流量值作出振動響應。

  其實，在您家中墻上掛鐘的鐘擺上就可以“看見”科里奧利質(zhì)量流量計的遲滯現(xiàn)象。不妨試一下從垂直方向輕敲一下鐘擺，此時，即已在鐘擺的擺動上引入了二級振動，盡管只是被碰了一下，但鐘擺上的外力影響卻要過一會兒才能被*消除。倘若在鐘擺停止擺動前再輕敲一下，那么又再一次引入了外力振動，這一次外力產(chǎn)生的振動效應與前面一次也多少會有不同。

上圖為熱式質(zhì)量流量計測量原理

  熱式質(zhì)量流量計中的遲滯現(xiàn)象

  熱式質(zhì)量流量計是根據(jù)流體的熱力性能采用間接測量的方式測量質(zhì)量流量。與直接檢測流經(jīng)管道的被測流體的分子數(shù)不同，熱式原理檢測的是經(jīng)過的流體所帶走的熱量，即熱分散原理。熱式質(zhì)量流量計有好幾種類型，比較典型的測量方法是將一小部分氣體分離出來從一加熱的毛細管內(nèi)通過，毛細管內(nèi)有多個溫度傳感器，當流量增大時，氣體分子通過毛細管道被加熱后并將熱量一路帶至管道末端，直到溫度恢復至被加熱前。大流量攜帶至毛細管后端的熱量較多，小流量則攜帶的熱量較少。攜帶走多少熱量還取決于氣體分子的熱力性能、壓力以及未被加熱前的溫度。若被測介質(zhì)從一較高流量突然降至低流量，那么大流量通過毛細管時攜帶的熱量則需要一定時間才能復原。為了能夠測量低流量，熱式質(zhì)量流量計中使用的毛細管導熱性能都*，在流量下降時也較能維持住升高的溫度。一些熱式質(zhì)量流量計廠家采用平均法或預測算法來解決遲滯現(xiàn)象，也不失為一個不錯的方法，前提是您需要的只是一個估算的質(zhì)量流量值。

  廚房里的燃氣灶其實就可以演示熱式質(zhì)量流量計中的遲滯現(xiàn)象。試一下在點火前用手指輕觸下燃燒嘴后拿開，隨后點火并開到zui大火焰，一秒鐘后關火，這時再用手指輕觸下燃燒嘴，是不是感覺比之前熱？該熱量就是在留在燃氣灶上的剩余熱量。若再次點燃并將火開到zui大持續(xù)一秒鐘后關掉，燃燒嘴摸上去就更燙了。如果此時您準備點燃燃氣灶烹飪晚餐，那么其實灶頭已經(jīng)被預熱，升溫會很快，但關火后的熱量消散則會比較久一點，這就是遲滯現(xiàn)象。

  差壓式質(zhì)量流量計中的遲滯現(xiàn)象

  差壓式流量計通過測量兩點間的壓力差來計算流量。差壓式流量計有很多種，皆是通過伯努利定律來測量流量，即流體流動過程中的壓力衰減。實際上，正是初始的壓力差驅(qū)動了流體的流動，也因為如此，這種類型的流量測量方法還原性。差壓式質(zhì)量流量計測量的就是形成氣體流動的壓力差。差壓式質(zhì)量流量計也不直接測量氣體分子，而是通過非理想氣體狀態(tài)方程將測得的壓力差計算至質(zhì)量流量。

  質(zhì)量流量計中的壓力傳感器采用的膜片可兩邊受力變形，即在所有流量測量技術(shù)中有著zui微小的偏差。倘若一臺熱式質(zhì)量流量計工作時突然流量大小突然發(fā)生變化，那么被加熱的毛細管即在還未恢復至初始溫度的情況下就接受新的指令。在一臺未消除原先振動的科里奧利質(zhì)量流量計上氣體流量大小發(fā)生變化也是同樣的道理。以上種種均會產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象。相比較而言，壓力傳感器的膜片在發(fā)生物理形變后的可迅速彈回，因此氣體流量大小發(fā)生變化而產(chǎn)生的遲滯現(xiàn)象微乎其微，但壓差的變化還是會使傳感器膜片前后振動，這就是為什么您看到在一些壓差式質(zhì)量流量計產(chǎn)品手冊上標注的測量響應速度為5毫秒。

  不知道大家有沒有玩過非洲鼓？膜片型壓力傳感器的遲滯現(xiàn)象其實有點類似打鼓。重擊一下鼓面(即可看成壓力較大時)將使鼓面振動并彎曲變形，振動在空氣中傳播即形成聲音。張緊的鼓面可迅速恢復至變形前，這個過程其實也是需要一點點時間的，也就是遲滯現(xiàn)象。鼓面的張緊程度決定了遲滯現(xiàn)象的強弱。松弛的鼓面恢復速度較慢，花費較長時間才能停止振動，而張緊的鼓面則恢復較快。

  由此我們可以知道快速的測量響應速度和微乎其微的遲滯現(xiàn)象是高精度流量測量的關鍵。微小的遲滯現(xiàn)象可確保您正在進行的氣體流量測量過程不受先前測量的影響，甚至不受10毫秒前進行的測量的影響。這就是為什么差壓式質(zhì)量流量計非常擅于測量瞬變現(xiàn)象，比如測量油井或氣井現(xiàn)場一些氣壓傳動裝置的瞬間峰值流量或探空火箭中的姿態(tài)調(diào)節(jié)噴嘴。