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遲滯現(xiàn)象對(duì)各類質(zhì)量流量計(jì)的影響
響應(yīng)速度是質(zhì)量流量計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo),，那么,，響應(yīng)速度對(duì)流量測(cè)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(jì)的遲滯現(xiàn)象,。
遲滯現(xiàn)象將使得一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)對(duì)*相同的輸入值作出不同的響應(yīng),，從而導(dǎo)致流量測(cè)量精度偏差,。什么是遲滯現(xiàn)象呢？簡(jiǎn)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(yùn)作后,，即使換回zui初的狀態(tài)時(shí)同樣的輸入值，狀態(tài)也不能回到其初始,。舉個(gè)例子,，通常我們?cè)谑覝叵鲁缘那煽肆κ菞l形,、塊狀或球形的。有時(shí)候自己動(dòng)手做個(gè)蛋糕或烤個(gè)曲奇餅也會(huì)用到巧克力,，這時(shí)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(fù)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(fù)的結(jié)果,。
上圖為橡皮筋拉伸后的彈性遲滯現(xiàn)象。藍(lán)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(fù)至原始形狀的傾向,。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)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(cè)量原理的質(zhì)量流量計(jì)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(jì)通過振動(dòng)U形管來測(cè)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(cè)介質(zhì)的密度與質(zhì)量直接相關(guān)的二級(jí)振動(dòng)，即稱為科里奧利效應(yīng)力,。就像流量迅速增大時(shí)通過系統(tǒng)的介質(zhì)的質(zhì)量將增大,，從而二級(jí)振動(dòng)增強(qiáng)，反之亦然,，流量減小時(shí)二級(jí)振動(dòng)減弱,。然而，當(dāng)流量從一個(gè)點(diǎn)急劇下降至一個(gè)相對(duì)低很多的點(diǎn)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象,，因?yàn)槎?jí)振動(dòng)需要一定的時(shí)間恢復(fù)歸位才能對(duì)新的,、較低的流量值作出振動(dòng)響應(yīng)。
其實(shí),，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(jì)的遲滯現(xiàn)象。不妨試一下從垂直方向輕敲一下鐘擺,，此時(shí),，即已在鐘擺的擺動(dòng)上引入了二級(jí)振動(dòng)，盡管只是被碰了一下,，但鐘擺上的外力影響卻要過一會(huì)兒才能被*消除,。倘若在鐘擺停止擺動(dòng)前再輕敲一下，那么又再一次引入了外力振動(dòng),，這一次外力產(chǎn)生的振動(dòng)效應(yīng)與前面一次也多少會(huì)有不同,。
上圖為熱式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理
熱式質(zhì)量流量計(jì)中的遲滯現(xiàn)象
熱式質(zhì)量流量計(jì)是根據(jù)流體的熱力性能采用間接測(cè)量的方式測(cè)量質(zhì)量流量。與直接檢測(cè)流經(jīng)管道的被測(cè)流體的分子數(shù)不同,，熱式原理檢測(cè)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(jì)有好幾種類型，比較典型的測(cè)量方法是將一小部分氣體分離出來從一加熱的毛細(xì)管內(nèi)通過,，毛細(xì)管內(nèi)有多個(gè)溫度傳感器,，當(dāng)流量增大時(shí)，氣體分子通過毛細(xì)管道被加熱后并將熱量一路帶至管道末端,，直到溫度恢復(fù)至被加熱前,。大流量攜帶至毛細(xì)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(cè)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(xì)管時(shí)攜帶的熱量則需要一定時(shí)間才能復(fù)原,。為了能夠測(cè)量低流量，熱式質(zhì)量流量計(jì)中使用的毛細(xì)管導(dǎo)熱性能都*,，在流量下降時(shí)也較能維持住升高的溫度,。一些熱式質(zhì)量流量計(jì)廠家采用平均法或預(yù)測(cè)算法來解決遲滯現(xiàn)象，也不失為一個(gè)不錯(cuò)的方法,，前提是您需要的只是一個(gè)估算的質(zhì)量流量值,。
廚房里的燃?xì)庠钇鋵?shí)就可以演示熱式質(zhì)量流量計(jì)中的遲滯現(xiàn)象。試一下在點(diǎn)火前用手指輕觸下燃燒嘴后拿開,，隨后點(diǎn)火并開到zui大火焰,，一秒鐘后關(guān)火，這時(shí)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?xì)庠钌系氖Ｓ酂崃俊Ｈ粼俅吸c(diǎn)燃并將火開到zui大持續(xù)一秒鐘后關(guān)掉,，燃燒嘴摸上去就更燙了,。如果此時(shí)您準(zhǔn)備點(diǎn)燃燃?xì)庠钆腼兺聿停敲雌鋵?shí)灶頭已經(jīng)被預(yù)熱,，升溫會(huì)很快,，但關(guān)火后的熱量消散則會(huì)比較久一點(diǎn)，這就是遲滯現(xiàn)象,。
差壓式質(zhì)量流量計(jì)中的遲滯現(xiàn)象
差壓式流量計(jì)通過測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的壓力差來計(jì)算流量,。差壓式流量計(jì)有很多種，皆是通過伯努利定律來測(cè)量流量,，即流體流動(dòng)過程中的壓力衰減,。實(shí)際上，正是初始的壓力差驅(qū)動(dòng)了流體的流動(dòng)，也因?yàn)槿绱?，這種類型的流量測(cè)量方法還原性,。差壓式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量的就是形成氣體流動(dòng)的壓力差。差壓式質(zhì)量流量計(jì)也不直接測(cè)量氣體分子,，而是通過非理想氣體狀態(tài)方程將測(cè)得的壓力差計(jì)算至質(zhì)量流量,。
質(zhì)量流量計(jì)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(cè)量技術(shù)中有著zui微小的偏差,。倘若一臺(tái)熱式質(zhì)量流量計(jì)工作時(shí)突然流量大小突然發(fā)生變化,，那么被加熱的毛細(xì)管即在還未恢復(fù)至初始溫度的情況下就接受新的指令。在一臺(tái)未消除原先振動(dòng)的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)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(huì)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(huì)使傳感器膜片前后振動(dòng)，這就是為什么您看到在一些壓差式質(zhì)量流量計(jì)產(chǎn)品手冊(cè)上標(biāo)注的測(cè)量響應(yīng)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(shí)有點(diǎn)類似打鼓。重?fù)粢幌鹿拿?/span>(即可看成壓力較大時(shí))將使鼓面振動(dòng)并彎曲變形,，振動(dòng)在空氣中傳播即形成聲音,。張緊的鼓面可迅速恢復(fù)至變形前，這個(gè)過程其實(shí)也是需要一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)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(qiáng)弱。松弛的鼓面恢復(fù)速度較慢,，花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能停止振動(dòng),，而張緊的鼓面則恢復(fù)較快。
由此我們可以知道快速的測(cè)量響應(yīng)速度和微乎其微的遲滯現(xiàn)象是高精度流量測(cè)量的關(guān)鍵,。微小的遲滯現(xiàn)象可確保您正在進(jìn)行的氣體流量測(cè)量過程不受先前測(cè)量的影響,，甚至不受10毫秒前進(jìn)行的測(cè)量的影響。這就是為什么差壓式質(zhì)量流量計(jì)非常擅于測(cè)量瞬變現(xiàn)象,，比如測(cè)量油井或氣井現(xiàn)場(chǎng)一些氣壓傳動(dòng)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,。