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一、質(zhì)量流量計的分類質(zhì)量流量計可分為間接式和直接式兩類:1、間接式質(zhì)量流量計。它是通過測量體積流量和流體的密度等參數(shù)經(jīng)計算(通常稱補償)得出的質(zhì)量流量,主要的補償方法:1)壓差-密度計補償法;2)流速-密度補償法;3)壓差-流速補償法。他們共同特點是有兩個檢測元件,兩臺變送裝置。2、直接式質(zhì)量流量計。它是通過直接測量流束動量而得到質(zhì)量流量,直接式質(zhì)量流量計按測量原理主要有科里奧利質(zhì)量流量計(CMF)和熱式質(zhì)量流量計(TMF),目前應用較廣泛的質(zhì)量流量計是科里奧利質(zhì)量流量計,這里主要介紹其原理、結(jié)構(gòu)、設計中注意事項等。
二、科里奧利質(zhì)量流量計測量原理間接式質(zhì)量流量計體積流量的測量原理在前述的文章已做過介紹,其補償?shù)姆椒ㄕ埓蠹覅㈤喯嚓P資料;熱式質(zhì)量流量計由于應用較少,其測量原理也請參見相關資料,均不再贅述。本文主要介紹應用較為廣泛的科里奧利質(zhì)量流量計的測量原理。在一個旋轉(zhuǎn)系內(nèi)作朝向或遠離中心運動的質(zhì)點(見圖)將產(chǎn)生一個慣性力,質(zhì)點感受兩個分量的加速度及其力:圖:科里奧利力1、法向加速度ar(向心加速度),其量值等于ω2r,方向朝向P軸;2、切向加速度at(科里奧利加速度),其量值等于2ωv,方向與ar垂直。在at方向上質(zhì)點作用著科里奧利力FC=2ωvm,管道對質(zhì)點則作用著一個反向力FC=-2ωvm。當密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度v流動時,任何一段長度為Δx的管道都將受到一個大小為ΔFC的切向科里奧利力:
式中,A為管道內(nèi)橫截面面積。設質(zhì)量流量為δm,則:故:所以只要能直接或間接地測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動的流體的科里奧利力,就可測得質(zhì)量流量,這就是CMF的工作原理。
三、科里奧利質(zhì)量流量計分類與結(jié)構(gòu)1、分類科里奧利質(zhì)量流量計以形成系列產(chǎn)品,它們有幾種分類方法,下面介紹兩種常用的分類方法。(1)按測量管形狀分類彎曲形。彎曲形狀有多種多樣:Ω字形,S字形,J字形,圓環(huán)形,長圓環(huán)形等,彎曲剛度較直管小,因而可采用較厚的管壁,儀表性能受腐蝕影響小。直形。直形不易積存氣泡及漿液等固體顆粒,傳感器尺寸較彎曲形小,重量輕,但管壁相對較薄,性能受腐蝕影響大。(2)按測量管段數(shù)分類單管型。初期開發(fā)的產(chǎn)品為單管型,因受外界振動干擾的影響,后期開發(fā)的多位雙管型。雙管型。對外界振動干擾影響較不敏感,易實現(xiàn)相位差測量。2、結(jié)構(gòu)。CMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成,測量管固定在兩端支架,中間有一電磁激勵系統(tǒng),它使測量管發(fā)生一定的頻率的振動,檢測探頭安裝于測量管的兩端。檢測信號送至轉(zhuǎn)換器后變成與質(zhì)量流量成正比的標準信號。
四、主要特點
1、科里奧利質(zhì)量流量計直接測量質(zhì)量流量,有很高的測量精確度,測量值不受流體物性影響,如流體的密度、粘度等變化對測量值影響甚微;
2、可測量流體范圍廣泛,可測量各種流體,包括其他流量計無法測量的如含有微量氣體的液體,可用于密度較高的中高壓氣體,但不能用于低密度氣體和低壓氣體的測量;
3、測量管的振幅微小,可視作無活動件,無阻礙件,可測量各種非牛頓流體以及粘滯的含有顆粒的漿料;
4、測量值不受管道內(nèi)流體狀態(tài)的影響,因而無上下游直管段要求;
5、可做多參數(shù)測量,如同期測量介質(zhì)的密度、溫度。由于變送器是以芯片為核心的智能儀表,因此可根據(jù)上述三個基本量而導出十幾種參數(shù)供用戶選擇使用,如由此可測量溶液中溶質(zhì)所含的濃度;
6、科里奧利質(zhì)量流量計因零點不穩(wěn)定而形成零點漂移,影響其精確度的進一步提高;
7、測量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會影響測量精確度,尤其對薄壁管測量管的科里奧利質(zhì)量流量計更為顯著。
8、價格昂貴,國外價格5000 ~10000美元一套,有的價格可能更高,是同口徑其他流量計的許多倍,拿同等口徑的電磁流量計比較,在2~ 8倍之間。
五、設計中注意事項
1、零點漂移是人們對科里奧利質(zhì)量流量計的一個關注點,工程設計時正確的儀表選型與安裝,這決定所選儀表能否滿足工藝要求,也可最大限度的降低零點漂移,設計選型時應認真閱讀產(chǎn)品說明書,選擇適合工藝條件的流量計和設計正確的安裝方法;
2、科里奧利質(zhì)量流量計不能用于測量低密度氣體介質(zhì)和低壓氣體;液體中含氣量超過某一限制時會影響測量值,設計時應加以關注;
3、科里奧利質(zhì)量流量計對外界振動干擾較為敏感,設計時要與工藝專業(yè)密切配合,盡量把質(zhì)量流量計安裝在無振動的環(huán)境,若有不可避免的震動,對引起震動的管道、基礎等采取防震動措施,并對科里奧利質(zhì)量流量計的流量傳感器安裝作防震固定。
4、為保證測量精確度,流量傳感器內(nèi)不存積氣體或液體殘值,對于彎管型流量計,測量液體,彎管應朝下,測量氣體時,彎管應朝上。測量漿液或排放液時,應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,水平安裝時應避免安裝在最高點上,以免氣團存積。連接傳感器和工藝管道時,一定要做到無應力安裝,特別對某些直管型測量管的流量傳感器更應關注;
5、由于科里奧利質(zhì)量流量計價格昂貴,設計時應根據(jù)項目的概預算及使用場合的必要性進行選型,如果不是用在嚴格的配料控制或貿(mào)易結(jié)算等場合,可考慮選擇間接式質(zhì)量流量計或其他類型的儀表。