科裡奧利質量流量計:直接測量質量流量的裝置-中文百科頻道

基本介紹

流體為了反抗這種強迫振動，會給管子一個與其流動方向垂直的反作用力，在這種被叫做科裡奧利效應力的作用下，管子的震動不同步了，入口段管與出口段管在振動的時間先後商會出現差異，（差異是由于入口段和出口段流體流向是相反的），這叫做相位時間差。這種差異與流過管子的流體質量流量的大小成正比。如果通過電路能檢測出這種時間差異的大小，則就能将質量流量的大小給确定了。這種流量計被稱作科裡奧利直接質量流量計，它與世界上目前在用的幾十種常規容積式流量計的最大不同是它測的質量的大小，使用的單位是kg/h。

用質量（如千克）作單位的流量計比用容積（如立升或立方米）作單位的容積式流量計要準确和恒定。因為質量是遵循守恒定律的。科氏力質量流量計的發明是科技界苦苦求索幾十年的結果，它不但具有準确性、重複性、穩定性，而且在流體通道内沒有阻流元件和可動部件，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。現在汽車用的清潔燃料壓縮天然氣（CNG）的計量就是靠它側準的，而在石油、化工、冶金、建材、造紙、醫藥、食品、生物工程、能源、航天等工業部門，其應用也越來越廣泛。它的問世帶來了流體測量技術的一次深刻變革，被專家譽為是21世紀的主流流量計。

發明背景

科裡奧利流量計是利用了下述情況的質量流量計，即：在将被測流體所流通的流管的兩端加以支撐，并沿着與流管的流向垂直的方向對該支撐點周圍施加振動時，作用于流管（以下，将應被施加振動的流管稱為“流量管”）上的科氏力與質量流量成比例。

科裡奧利流量計已為衆所知，科裡奧利流量計中的流量管的形狀大緻分為直管形狀和彎管形狀。當流量管為兩根時，在該流量管的流入口側和流出口側的兩端部分别配置有将流道分叉成兩個的分流器（分叉管）。

工作原理和基本結構

衆所周知，當一個位于旋轉系内的質點作朝向或者離開旋轉中心的運動時，将産生一慣性力。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旋轉的管道内軸向移動時，這個質點将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(科裡奧利加速度)，其值等于2ωu，方向與ar垂直，正方向符合右手定則。

為了使質點具有科裡奧利加速度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裡奧利力Fc。

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，也能使管道受到科裡奧利力的作用。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，以科裡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，産生信号相對較大，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。但自振頻率高信号不易檢測，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，但易受外界振動的幹擾，僅見于早期的産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，也增了大信号增強了線性，同時降低外界振動幹擾的影響。