科里奧利質量流量計的結構與原理
在化工生產過程中,對流量、溫度、壓力的測量是必要的,其中對流量測量的方法有很多。目前測量流量的儀表有節流式流量計,容積式流量計,電磁流量計,超聲波流量計等,這些流量計直接測量的是體積流量,而有些工況中需要知道的是質量流量,這就需要通過體積、密度來換算出質量,非常麻煩。而科里奧利流量計是真正意義上直接測出質量流量的流量計。
1 科里奧利質量流量計的結構與原理
1.1 科里奧利質量流量計的結構
質量流量計是由傳感器,變送器及數字指示累積器三部分組成。傳感器是根據科里奧利效應制成的,由測量管、電磁驅動器、和電磁監測器等三部分組成(圖1)。圖1使用
圖1 質量流量計傳感器結構圖
1.2 科里奧利質量流量計的原理
1.2.1 質量流量的檢測
電磁驅動器使測量管以其固有頻率振動,當流體通過兩個平行的測量管時,會產生一個與流速方向橫向的加速度及相應的科里奧利力,該力使測量管震蕩而發生扭曲,這一扭曲現象被稱為科里奧利現象。根據牛頓第二運動定律F=ma,測量管扭曲量的大小是與流經測量管的質量流量的大小成正比的。當流體流過測量管時,流體就會受到科里奧利力的作用,測量管里流體所受科里奧力的反作用,產生進口和出口的相位差。當流體流量為零時,測量管在固有頻率下振動,測量管不產生扭曲,流體進口和出口的相位差為零,當有流體流經測量管時進口處管子振動減速,出口處管子振動加速,進口與出口產生相位差(圖2),當質量流量增加時該相位差也增加,通過安裝于進口和出口測量管上電磁信號檢測器可測得相位差再把該相位差轉變為相應的電平信號送入變送器,經濾波、積分、放大等電量處理后,轉變成與質量成正比的4~20mA模擬信號或一定范圍的頻率信號2種形式輸出。
圖2 質量流量計中的科里奧利力
1.2.2 密度的測量
按照彈性模數的理論,彈簧所懸掛物體的質量和它振動的頻率成反比。將其理論引入密度的測量。整體質量(測量管和內部介質之和)越大,其振動頻率就越小。通過檢測已知密度(例如標準狀態下的水和空氣)的介質流經測量管時的頻率,可以得到密度與頻率之間的線性關系。然而通過測量振動頻率實現其密度的測量。
式中:fR=諧振頻率;
mt=測量管質量;
mfl=流體質量;
ρfl=流體密度;
c=常數。
1.2.3 溫度的測量
溫度測量是通過內置在腔室的Pt100熱電阻實現的。
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