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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(lái)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)完全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(lái)講，遲滯現(xiàn)象就是某一系統(tǒng)經(jīng)過(guò)某一輸入路徑之運(yùn)作后，即使換回最初的狀態(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(méi)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(lái)的形狀了。一塊正常的巧克力和被加熱冷卻過(guò)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(xiàn)中間的部分即為橡皮筋被拉伸后由于摩擦力而無(wú)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(lái)探索下不同測(cè)量原理的質(zhì)量流量計(jì)呈現(xiàn)出來(lái)的遲滯現(xiàn)象有何不同。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)通過(guò)振動(dòng)U形管來(lái)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(chēng)為科里奧利效應(yīng)力。就像流量迅速增大時(shí)通過(guò)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(jiàn)”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(guò)一會(huì)兒才能被完全消除。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(guò)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(lèi)型，比較典型的測(cè)量方法是將一小部分氣體分離出來(lái)從一加熱的毛細(xì)管內(nèi)通過(guò)，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(guò)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(guò)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)熱性能都超強(qiáng)，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(chǎng)家采用平均法或預(yù)測(cè)算法來(lái)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(kāi)，隨后點(diǎn)火并開(kāi)到最大火焰，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(jué)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(kāi)到最大持續(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(guò)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的壓力差來(lái)計(jì)算流量。差壓式流量計(jì)有很多種，皆是通過(guò)伯努利定律來(lái)測(cè)量流量，即流體流動(dòng)過(guò)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)槿绱耍@種類(lèi)型的流量測(cè)量方法最具還原性。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(guò)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)中有著最微小的偏差。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?gòu)椈兀虼藲怏w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(méi)有玩過(guò)非洲鼓？膜片型壓力傳感器的遲滯現(xiàn)象其實(shí)有點(diǎn)類(lèi)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(guò)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(guò)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。