科里奧利質量流量計

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詳細介紹

科里奧利質量流量計(Coriolis Mass Flowmeter)簡稱科氏力流量計,是一種利用流體在振動管道中流動時產生與質量流量成正比的科里奧利力原理來直接測量質量流量的裝置,由流量檢測元件和轉換器組成??评飱W利質量流量計實現了質量流量的直接測量,具有高精度,可測多重介質和多個工藝參數的特點,廣泛應用于石化,制藥,食品等行業。
工作原理:
眾所周知,當一個位于旋轉系內的質點作朝向或者離開旋轉中心的運動時,將產生一慣性力。如圖6-1所示,當質量為(δm的質點以勻速u在一個圍繞旋轉軸P以角速度ω旋轉的管道內軸向移動時,這個質點將獲得兩個加速度分量:
(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。
為了使質點具有科里奧利加速度at,需在at的方向上加一個大小等于2ωuδm的力,這個力來自管道壁面。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,當密度為ρ的流體以恒定流速u沿圖6-1所示的旋轉管流動時,任一段長度ΔX的管道都將受到一個大小為ΔFe的切向科里奧利力:
式中,A為管道內截面積。由于質量流量qm=ρuA,因此:
基于上式,只要能直接或者間接地測量出在旋轉管道中流動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量流量。
在過程工業應用中,要使流體通過的管道圍繞P軸以角速度ω旋轉顯然是不切合實際的。這也是早期的質量流量計始終未能走出實驗室的根本原因。經過幾十 年的探索,人們終于發現,使管道繞P軸以一定頻率上下振動,也能使管道受到科里奧利力的作用。而且,當充滿流體的管道以等于或接近于其自振頻率振動時,維持管道振動所需的驅動力是很小的。從而從根本上解決了CMF的結構問題。為CMF的迅速商用化打下了基礎。
經過近二十年的發展,以科里奧利力為原理而設計的質量流量計已有多種形式。根據檢測管的形狀來分,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,產生信號相對較大,技術也相對成熟。因為自振頻率也低(80-150Hz),可以采用較厚的管壁,儀表耐磨、耐腐蝕性能較好,但易存積氣體和殘渣引起附加誤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,對穩定零點有好外,也便于清洗,但易受外界振動的干擾,僅見于早期的產品和一些小口徑儀表。雙管型儀表既實現了雙管相位差的測量,也增了大信號增強了線性,同時降低外界振動干擾的影響。
 
優點
科里奧利質量流量計直接測量質量流量,有很高的測量*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。
測量管的振動幅小,可視作非活動件,測量管路內無阻礙件和活動件。
對應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。
可做多參數測量,如同期測量密度,并由此派生出測量溶液中溶質所含的濃度。
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