科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

  該流量計(jì)是一種直接而精密地測(cè)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(lái)，則兩側(cè)的直管會(huì)跟著振動(dòng)，即它們會(huì)同時(shí)靠攏或同時(shí)張開(kāi)，即兩根管的振動(dòng)是同步的，對(duì)稱(chēng)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)。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 基本介紹
    流體為了反抗這種強(qiáng)迫振動(dòng)，會(huì)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(huì)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(guò)管子的流體質(zhì)量流量的大小成正比。如果通過(guò)電路能檢測(cè)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(chēng)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)的最大不同是它測(cè)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。
   科氏力質(zhì)量流量計(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(méi)有阻流元件和可動(dòng)部件，因而其可靠性好，使用壽命長(zhǎng)，還能測(cè)量高粘度流體和高壓氣體的流量。現(xiàn)在汽車(chē)用的清潔燃料壓縮天然氣（CNG）的計(jì)量就是靠它測(cè)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(mén)，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。它的問(wèn)世帶來(lái)了流體測(cè)量技術(shù)的一次深刻變革，被專(zhuān)家譽(yù)為是21世紀(jì)的主流流量計(jì)。
工作原理
 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(kāi)旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一慣性力。當(dāng)質(zhì)量為(δm的質(zhì)點(diǎn)以勻速u(mài)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
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(lái)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。
從可以看出，當(dāng)密度為ρ的流體以恒定流速u(mài)沿圖6-1所示的旋轉(zhuǎn)管流動(dòng)時(shí)，任一段長(zhǎng)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(cè)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(cè)得流體通過(guò)管道的質(zhì)量流量。
    在過(guò)程工業(yè)應(yīng)用中，要使流體通過(guò)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(guò)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(wèn)題。為CMF的迅速商用化打下了基礎(chǔ)。
    經(jīng)過(guò)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(cè)管的形狀來(lái)分，大體上可以歸納為四類(lèi)，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(cè)管的儀表管道剛度低，產(chǎn)生信號(hào)相對(duì)較大，技術(shù)也相對(duì)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(duì)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(hào)不易檢測(cè)，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(cè)量管中流量處處相 等，對(duì)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(jiàn)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(cè)量，也增了大信號(hào)增強(qiáng)了線性，同時(shí)降低外界振動(dòng)干擾的影響。
優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)直接測(cè)量質(zhì)量流量，有很高的測(cè)量精確度。
可測(cè)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(cè)量管的振動(dòng)幅小，可視作非活動(dòng)件，測(cè)量管路內(nèi)*件和活動(dòng)件。
對(duì)應(yīng)對(duì)迎流流速分布不敏感，因而無(wú)上下游直管段要求。
測(cè)量值對(duì)流體粘度不敏感，流體密度變化對(duì)測(cè)量值得值的影響微小。
可做多參數(shù)測(cè)量，如同期測(cè)量密度，并由此派生出測(cè)量溶液中溶質(zhì)所含的濃度。
缺點(diǎn)
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定形成零點(diǎn)漂移，影響其精確度的進(jìn)一步提高，使得許多型號(hào)儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點(diǎn)不穩(wěn)定度量?jī)刹糠帧?/span>
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)不能用于測(cè)量低密度介質(zhì)和低壓氣體；液體中含氣量超過(guò)某一限制（按型號(hào)而異）會(huì)顯著著影響測(cè)量值。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)對(duì)外界振動(dòng)干擾較為敏感，為防止管道振動(dòng)影響，大部分型號(hào)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的流量傳感器安裝固定要求較高。
不能用于較大管徑，目前尚局限于150（200）mm以下。
測(cè)量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會(huì)影響測(cè)量精確度，尤其對(duì)薄壁管測(cè)量管的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)更為顯著。
壓力損失較大，與容積式儀表相當(dāng)，有些型號(hào)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)甚至比容積式儀表大100%。
大部分型號(hào)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)重量和體積較大。
價(jià)格昂貴。國(guó)外價(jià)格5000 ～10000美元一套，約為同口徑電磁流量計(jì)的2 ～5倍；國(guó)內(nèi)價(jià)格約為電磁流量計(jì)的2～ 8倍。
安裝使用
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(wèn)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(wú)振動(dòng)的底面上，如墻面、地面或?qū)ｉT(mén)的基礎(chǔ)。如果在高振動(dòng)環(huán)境使用，應(yīng)注意對(duì)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(tái)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(huì)存積氣體或液體殘值，對(duì)于彎管型流量計(jì)，測(cè)量液體，彎管應(yīng)朝下，測(cè)量氣體時(shí)，彎管應(yīng)朝上。測(cè)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(duì)于直管型流量計(jì)，水平安裝時(shí)應(yīng)避免安裝在最高點(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(wú)應(yīng)力安裝，特別對(duì)某些直管型測(cè)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(cè)流體后關(guān)閉傳感器下游閥門(mén)，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(mén)*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(mén)存在泄漏，將會(huì)給整個(gè)測(cè)量帶來(lái)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)流量計(jì)正常工作很重要，實(shí)際工作中常見(jiàn)的有以下幾種故障情況：
a.無(wú)輸出：指有流量通過(guò)傳感器而傳感器沒(méi)有信號(hào)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(wú)關(guān)，即輸出反常；
d.斷續(xù)地有輸出：斷續(xù)輸出，開(kāi)始和結(jié)束都無(wú)規(guī)律，但當(dāng)有輸出時(shí)，輸出信號(hào)能正確反映
流量大小。