过控-各种质量流量计的工作原理及应用.ppt

质量流量计工作原理及应用 科里奥利质量流量计 科里奥利质量流量计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 科里奥利质量流量计 分类按测量管形状分类 有弯曲形和直形 按测量管段数分类 有单管型和双管型 按双管型测量管段的连接方式分类 有并联型和串联型 按测量管流体流动方向和工艺管道流动方向间布置方式分类 有平行方式和垂直方式 常见的测量管的形式有以下几种 S形测量管 U形测量管 双J形测量管 B形测量管 单直管形测量管 双直管形测量管 形测量管 双环形测量管等 科里奥利质量流量计 工作原理 如图1所示 截取一根支管 流体在其内以速度v从A流向B 将此管置于以角速度 旋转的系统中 设旋转轴为X 与管的交点为O 由于管内流体质点在轴向以速度v 在径向以角速度 运动 此时流体质点受到一个切向科氏力F 这个力作用在测量管上 在O点两边方向相反 大小相同 为 dF 2 vdm因此 直接或间接测量在旋转管道中流动的流体所产生的科氏力就可以测得质量流量 这就是科里奥利质量流量计的基本原理 图1科氏力的形成 如图2所示 电磁驱动系统以固定频率驱动U形测量管振动 当流体被强制接受管子的垂直运动时 在前半个振动周期内 管子向上运动 测量管中流体在驱动点前产生一个向下压的力 阻碍管子的向上运动 而在驱动点后产生向上的力 加速管子向上运动 这两个力的合成 使得测量管发生扭曲 在振动的另外半周期内 扭曲方向则相反 U形测量管质量流量计 图2U形管工作原理 测量管扭曲的程度 与流体流过测量管的值来质量流量成正比 在驱动点两侧的测量管上安装电磁感应器 以测量其运动的相位差 这一相位差直接正比于流过的质量流量 在双U形测量管结构中 两根测量管的振动方向相反 使得测量管扭曲相位相差180度 相对单测量管型来说 双管型的检测信号有所放大 流通能力也有所提高 如图3所示 这种流量计的测量系统由两根平行的S形测量管 驱动器和传感器组成 管的两端固定 管的中心部位装有驱动器 使管子振动 在测量管对称位置上装有传感器 在这两点上测量振动管之间的相对位移 质量流量与这两点测得的振荡频率的相位差成正比 S形测量管质量流量计 图3S形质量流量计结构 当测量管中流体不流动时 两根测量管在驱动力作用下 作用在每根管子上的力大小相等 方向相反 作对称的等振幅运动 由于管子两端是固定的 在管子中间振幅最大 到两端逐渐减为零 这时在两个传感器上测得的相位如图4所示 由图中可以看出 两传感器测得的相位差为零 图4无流动时位移传感器的输出 当测量管内流体以速度V流动时 流体中任意点的流速 可认为是两个分流速的合成 水平方向Vx及垂直方向Vy 与振动方向相同 在恒定流条件下 流体沿水平方向的流速Vx保持恒定 从图5中可以看出 管子的进 出口处振幅为零 流体质点垂直移动速度Vy为零 图5振动管受力分析 当流体质点有进口流入图示振动方向的测量管时 流体质点的垂直流动速度为 Vy 同样在流体质点流向出口时 其垂直流动速度为 Vy 由此可以推出 流体质点在通过振动的测量管时 垂直方向的速度是一个从零逐渐加大 直到中间最大 再逐渐减小到零的过程 由力学原理可知 速度的变化是由加速度引起的 而加速度是力作用于其上的结果 根据这个原理 称这个垂直速度变化为科氏加速度Ac 因此作用于流体质量M上的科氏力为Fc MAc 在测量管上与中心距离相等的两点上 作用的科氏力大小相等 方向相反 此科氏力作用在测量管上 就产生了如图5所示的结果 即在中间点上产生一对力 引起测量管轻微的扭曲或变形 而实际上在振荡运动时是两根S管同时所受的振荡 其运动方向相反 受力相等 如图6所示 随着振荡运动的进行 测量管被周期性地分开 靠拢 科氏力也周期性地作用在两根测量管上 通过安装在测量管上的传感器A B 测出由科氏力引起的测量管相对位置的变化 通常转化为测两点的相位差 如图7所示 这个相位差的大小与质量流量成正比 图6作用在测量管上的科氏力 图7位移传感器的输出 应用科氏质量流量计适用于密度较大或黏度较高的各种流体 含有固体物的浆液和含有微量气体的液体 以及有足够密度的高压气体 否则不够灵敏 由于测量管振幅可视为非可动部件 测量管内无阻流和活动部件 流体的密度 黏度 温度 压力变化对测量结果无影响 无上下游直管段的安装要求 因而 它的测量精度较高 可达 0 02 量程比宽 可达100 1 科里奥利质量流量计 缺点 1 对振动较为敏感 故对传感器的抗扰防振要求较高 运行中由于两根测量管的平衡破坏而引起零点漂移 2 只能用于中高压气体 不能用于低压气体 一般认为气体压力不能低于0 1MPa 因为低压气体密度很低 质量流量很小 不能