科氏质量流量计在尿素机加注时的信号处理难点

通过尿素机添加车用尿素溶液，可与汽车尾气中的NOx发生反应，生成无污染的N2和H2O，从而达到柴油车排放要求。准确计量尿素流量是尿素机计费的核心问题。市场上绝大部分尿素机所用的流量计均为容积式流量计，计量较为准确，但当被测气体或液体受温度或压力影响而改变体积时，易造成较大误差。对于尿素机而言，在寒冷地区计量时易受低温结晶影响；在温度变化较大地区易受热胀冷缩影响而造成较大误差。

科氏质量流量计能够提供高精度和直接的质量流量测量，其测量准确且不受温度与压力变化影响。为了将科氏质量流量计应用到尿素机上，首先要解决尿素机加注液体时的信号处理难点。一方面，尿素机是用启停法加注尿素，由一开始的零流量骤增到最大流量，保持最大流量一段时间后，由加注人员调整加注枪减小流量，末尾阶段最小流量由机器自动加注，多次的流量切换，给科氏质量流量计的动态响应速度提出了较高的要求。

另一方面，为了将科氏质量流量计安装在尿素机上，要求科氏质量流量计的体积小，因此，制造方选用了微弯管型科氏流量计。它的优点是体积小，安装较为容易，不易残留杂质。但是，对信号处理提出了挑战。这是因为微弯型科氏质量流量管的固有频率高，一般大弯管型科氏质量流量管的固有频率为75～150Hz，国内的微弯型科氏质量流量管的固有频率一般是300Hz左右，而课题组选用的是600多Hz，必须提高采样频率。而受科氏质量流量变送器芯片运算能力的限制，这就需要研究合适的算法，并要求的运算量较少；微弯型科氏质量流量传感器输出的相位差小，一般是大弯管型的1/9，这使得信号处理难度加大。尤其是在尿素机加注末尾阶段，微弯型科氏质量流量传感器本来相位差就很小，小流量时的相位差则更小，而较小的相位差由于算法运算时间与算法本身的误差，相比较于大相位差而言误差更大。因此，在尿素机上应用科氏质量流量计不仅要求较快的算法跟踪速度，还要求较高的小流量测量精度。

在启停测量与需要较快动态响应速度方面，国内外学者做了许多研究。Clark等认为流量计的动态响应与机械设计、驱动控制以及信号处理等方面有关，并对一批商用流量计做了动态响应实验；Henry等研制了新型数字变送器，当流量发生阶跃式变化时，也能达到较高的精度与较好的重复性；涂亚庆等对批料流中科氏质量流量计动态响应速度进行了研究。但是，鲜见科氏质量流量计应用于尿素机方面的文献。

为了将科氏质量流量计应用到尿素加注机上，首先根据加注过程中的科氏质量流量计的输出信号，建立相位差变化的数学模型； 根据此模型，分析加注过程中的流量变化规律；对比2种工业领域实用效果较好的信号处理方法，选取其中更为适用的算法，并进行改进；研制微弯型科氏质量流量变送器的硬件模块和软件。基于以上系统及改进后的算法，进行水流量标定试验和尿素机加注标定实验，验证方案的有效性与实用性。

审核编辑：汤梓红