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科里奥利质量流量计原理
科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接测量质量流量的仪表。
   
20世纪70年代后期商品化实用性CMF由美国Micro Motion公司首先推向市场,到80年代中后期各国仪表厂相继开发。迄1995年,世界已有40家以上推出各种结构的CMF,世界范围装用量估计在18万~20万台之间。1995年世界年销售量估计在4万~。
   
在我国CMF应用起步较晚,从80年代中期引进成套装置附带进口少量仪表开始,到技术改造所需单台进口,迄1997年估计装用量在3500~4500台之间。1997年我国已有4家制造厂自行开发CMF供应社会,如太行仪表厂已有完整的LZL系列,还组建有几家合资企业引进国外技术生产系列仪表。
   
1. 原理与结构
   
当质量为m的质点以速度V在对P轴作角速度ω旋转的管道内移动时,质点受两个分量的加速度及其力:
① 法向加速度,即向心加速度αr,其量值等于ω2r,朝向P轴;   
② 切向角速度αt,即科里奥利加速度,其值等于2ωV,方向与αr垂直。由于复合运动,在质点的αt方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm,管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。
   
当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时,任何一段长度Δχ的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc ,
   
ΔFc=2ωVρAΔx (1)
   
式中A--管道的流通截面积,由于质量qm=ρVA,所以
   
ΔFc =2ωqmΔx (2)
   
因此,直接或间接测量在旋转管中流动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。
   
然而,通过旋转运动产生科里奥利力是困难的,目前CMF均代之以管道振动产生,即由二端固定的薄壁测量管,在中点处以测量管谐振或接近谐振的频率(或其高次谐波频率)所激励,在管内流动的流体产生科里奥利力,使中点前后两半段产生方向相反的桡曲,用电磁学(或光学),方法检测桡曲量以求得质量流量。
又因流体密度会影响测量管的振动频率,而密度与频率有固定的关系,因此CMF也可测量流体密度。   
CMF由流量传感器和转换器(或流量计算机)两部分组成。图2为流量传感器一例,主要由测量管及其支撑固定桥架,测量管振动激励系统中线圈A或检测探头B,修正测量管材料杨氏模量温度影响的测温元件等组成。转换器主要由振动源单元、信号检测和信号处理单元等组成;流量计算则还有组态设定、工程单位换算、信号显示和与上位机通信等功能。
   
2. 优点
   
(1)直接测量质量流量,有很高的测量精确度。
   
(2)可测流体范围广,包括高粘度液的各种液体,含有固形物的浆液,含有少量均匀分布气体的液体,有足够密度的气体(压力较高的气体)。
   
(3)测量管的振幅小,可视作非活动部件;测量管内无阻碍件或活动件。
   
(4)对迎流流速分布不敏感,因而无上下游直管段要求。
   
(5)流量测量值对流体粘度不敏感,流体密度对流量测量值的影响极微。
   
(6)一台CMF可作多参数测量。测质量流量的同期可测流