科氏力流量計(jì)-質(zhì)量流量計(jì)

科氏力流量計(jì)該流量計(jì)是一種直接而精密地測量流體質(zhì)量流量的新穎儀表，以結(jié)構(gòu)主體采用兩根并排的U形管，讓兩根管的回彎部分相向微微振動(dòng)起來，則兩側(cè)的直管會跟著振動(dòng)，即它們會同時(shí)靠攏或同時(shí)張開，即兩根管的振動(dòng)是同步的，對稱的。

如果在管子同步振動(dòng)的同時(shí)，將流體導(dǎo)入管內(nèi)，使之沿管內(nèi)向前流動(dòng)，則管子將強(qiáng)迫流體與之一起上下振動(dòng)。

流體為了反抗這種強(qiáng)迫振動(dòng)，會給管子一個(gè)與其流動(dòng)方向垂直的反作用力，在這種被叫做科里奧利效應(yīng)力的作用下，管子的震動(dòng)不同步了，入口段管與出口段管在振動(dòng)的時(shí)間先后商會出現(xiàn)差異，(差異是由于入口段和出口段流體流向是相反的)，這叫做相位時(shí)間差。這種差異與流過管子的流體質(zhì)量流量的大小成正比。如果通過電路能檢測出這種時(shí)間差異的大小，則就能將質(zhì)量流量的大小給確定了。這種流量計(jì)被稱作科里奧利直接質(zhì)量流量計(jì)，它與世界上目前在用的幾十種常規(guī)容積式流量計(jì)的zui大不同是它測的質(zhì)量的大小，使用的單位是kg/h。用質(zhì)量(如千克)作單位的流量計(jì)比用容積(如立升或立方米)作單位的容積式流量計(jì)要準(zhǔn)確和恒定。因?yàn)橘|(zhì)量是遵循守恒定律的。

科氏力流量計(jì)的發(fā)明是科技界苦苦求索幾十年的結(jié)果，它不但具有準(zhǔn)確性、重復(fù)性、穩(wěn)定性，而且在流體通道內(nèi)沒有阻流元件和可動(dòng)部件，因而其可靠性好，使用壽命長，還能測量高粘度流體和高壓氣體的流量。現(xiàn)在汽車用的清潔燃料壓縮天然氣(CNG)的計(jì)量就是靠它測準(zhǔn)的，而在石油、化工、冶金、建材、造紙、醫(yī)藥、食品、生物工程、能源、航天等工業(yè)部門，其應(yīng)用也越來越廣泛。它的問世帶來了流體測量技術(shù)的一次深刻變革，被專家譽(yù)為是21世紀(jì)的主流流量計(jì)。

工作原理和基本結(jié)構(gòu)：當(dāng)一個(gè)位于旋轉(zhuǎn)系內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)作朝向或者離開旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一慣性力。如圖6-1所示，當(dāng)質(zhì)量為(δm的質(zhì)點(diǎn)以勻速u在一個(gè)圍繞旋轉(zhuǎn)軸P以角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)軸向移動(dòng)時(shí)，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)將獲得兩個(gè)加速度分量:

(1)法向加速度ar(向心加速度)，其值等于ω2r，方向指向P軸。

(2)切向加速度at(科里奧利加速度)，其值等于2ωu，方向與ar垂直，正方向符合右手定則，如圖6-1所示。

為了使質(zhì)點(diǎn)具有科里奧利加速度at，需在at的方向上加一個(gè)大小等于2ωuδm的力，這個(gè)力來自管道壁面。反作用于管道壁面上的力就是流體施加在管道上的科里奧利力Fc。

方向與αt相反。

從圖6-1可以看出，當(dāng)密度為ρ的流體以恒定流速u沿圖6-1所示的旋轉(zhuǎn)管流動(dòng)時(shí)，任一段長度ΔX的管道都將受到一個(gè)大小為ΔFe的切向科里奧利力:

式中，A為管道內(nèi)截面積。由于質(zhì)量流量qm=ρuA，因此:

基于上式，只要能直接或者間接地測量出在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)的流體作用于管道上的科里奧利力，就可以測得流體通過管道的質(zhì)量流量。

在過程工業(yè)應(yīng)用中，要使流體通過的管道圍繞P軸以角速度ω旋轉(zhuǎn)顯然是不切合實(shí)際的。這也是早期的質(zhì)量流量計(jì)始終未能走出實(shí)驗(yàn)室的根本原因。經(jīng)過幾十年的探索，人們終于發(fā)現(xiàn)，使管道繞P軸以一定頻率上下振動(dòng)，也能使管道受到科里奧利力的作用。而且，當(dāng)充滿流體的管道以等于或接近于其自振頻率振動(dòng)時(shí)，維持管道振動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力是很小的。從而從根本上解決了CMF的結(jié)構(gòu)問題。為CMF的迅速商用化打下了基礎(chǔ)。

經(jīng)過近二十年的發(fā)展，以科里奧利力為原理而設(shè)計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)已有多種形式。根據(jù)檢測管的形狀來分，大體上可以歸納為四類，即:直管型和彎管型;單管型和多管型(一般為雙管型)。

彎管型檢測管的儀表管道剛度低，產(chǎn)生信號相對較大，技術(shù)也相對成熟。因?yàn)樽哉耦l率也低(80-150Hz)，可以采用較厚的管壁，儀表耐磨、耐腐蝕性能較好，但易存積氣體和殘?jiān)鸶郊诱`差切對安裝空間有要求。直管型儀表不易存積氣體，流量傳感器尺寸小，重量輕。但自振頻率高信號不易檢測，為使自振頻率不至于太高，往往管壁做得較薄，易受磨損和腐蝕。單管型儀表不分流，測量管中流量處處相等，對穩(wěn)定零點(diǎn)有好外，也便于清洗，但易受外界振動(dòng)的干擾，僅見于早期的產(chǎn)品和一些小口徑儀表。雙管型儀表既實(shí)現(xiàn)了雙管相位差的測量，也增了大信號增強(qiáng)了線性，同時(shí)降低外界振動(dòng)干擾的影響。

科氏力流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)：

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)直接測量質(zhì)量流量，有很高的測量精確度。

可測量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。

測量管的振動(dòng)幅小，可視作非活動(dòng)件，測量管路內(nèi)*件和活動(dòng)件。

對應(yīng)對迎流流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。

測量值對流體粘度不敏感，流體密度變化對測量值得值的影響微小。

可做多參數(shù)測量，如同期測量密度，并由此派生出測量溶液中溶質(zhì)所含的濃度。

為了使科里奧利質(zhì)量流量計(jì)能正常、安全和高性能地工作，正確地安裝和使用是非常重要。這里包括機(jī)械安裝、電氣安裝和使用維護(hù)。

(1)安裝

機(jī)械安裝應(yīng)注意這樣幾個(gè)問題:

a.流量傳感器應(yīng)安裝在一個(gè)堅(jiān)固的基礎(chǔ)上。內(nèi)徑小于10mm的小口徑質(zhì)量流量計(jì)安裝在平衡堅(jiān)硬和無振動(dòng)的底面上，如墻面、地面或?qū)ｉT的基礎(chǔ)。如果在高振動(dòng)環(huán)境使用，應(yīng)注意對基礎(chǔ)的振動(dòng)吸收，而且傳感器進(jìn)出口與管道之間應(yīng)用柔性管道連接;較大口徑的流量計(jì)直接安裝在工藝管道上，應(yīng)用管卡和支撐物將流量計(jì)牢牢地固定。

b.為防止CMF間的相互影響，在多臺流量計(jì)串聯(lián)或并聯(lián)使用時(shí)，各流量傳感器之間的距離應(yīng)足夠遠(yuǎn)，管卡和支撐物應(yīng)分別設(shè)置在各自獨(dú)立基礎(chǔ)上。

C為保證使用時(shí)流量傳感器內(nèi)不會存積氣體或液體殘值，對于彎管型流量計(jì)，測量液體，彎管應(yīng)朝下，測量氣體時(shí)，彎管應(yīng)朝上。測量漿液或排放液時(shí)，應(yīng)將傳感器安裝在垂直管道，流向由下而上。對于直管型流量計(jì)，水平安裝時(shí)應(yīng)避免安裝在zui高點(diǎn)上，以免氣團(tuán)存積。連接傳感器和工藝管道時(shí)，一定要做到無應(yīng)力安裝，特別對某些直管型測量管的流量傳感器更應(yīng)注意。

(2)使用和維護(hù)

①流量計(jì)零點(diǎn)調(diào)整。待流量傳感器充滿被測流體后關(guān)閉傳感器下游閥門，在接近工作溫度的條件下調(diào)整流量計(jì)的零點(diǎn)。調(diào)整零點(diǎn)時(shí)保證下游閥門*關(guān)閉，確認(rèn)不泄漏流體是非常重要的。如果調(diào)零時(shí)閥門存在泄漏，將會給整個(gè)測量帶來很大誤差。

②設(shè)置流量和密度校準(zhǔn)系數(shù)。正確設(shè)置流量和密度校準(zhǔn)系數(shù)流量計(jì)的工作十分重要。流量校準(zhǔn)系數(shù)代表傳感器的靈敏度及流量溫度系數(shù)，靈敏度表示每微秒時(shí)差測量多大的流量。

(單位往往為克/秒);流量溫度系數(shù)表示傳感器彈性模量受溫度的影響程度。這些與流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度都有直接關(guān)系，密度校準(zhǔn)系數(shù)代表傳感器在0℃下管內(nèi)為空氣和管內(nèi)為水時(shí)的自振周期(單位往往為微秒)及密度溫度系數(shù)，顯然這些與測量密度的準(zhǔn)確度直接相關(guān)。

③使用中維護(hù)流量計(jì)正常工作。及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和排除故障對流量計(jì)正常工作很重要，實(shí)際工作中常見的有以下幾種故障情況:

a.無輸出:指有流量通過傳感器而傳感器沒有信號輸出;

b.輸出不變化:雖然流量變化了，但輸出保持不變;

c.輸出不正常，輸出隨意變化，與流量的變化無關(guān)，即輸出反常;

d.斷續(xù)地有輸出:斷續(xù)輸出，開始和結(jié)束都無規(guī)律，但當(dāng)有輸出時(shí)，輸出信號能正確反映

流量大小。

以上故障狀態(tài)應(yīng)仔細(xì)檢查排除，必要時(shí)應(yīng)請制造廠家維修服務(wù)。