科氏力質(zhì)量流量計(jì)的工作原理和典型結(jié)構(gòu)特性

圖21 雙直管測(cè)量原理7． Ω形測(cè)量管質(zhì)量流量計(jì)

這種流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖22所示，驅(qū)動(dòng)器放在直管部分的中間位置，當(dāng)管中流體以一定速度流動(dòng)時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)作用，使管子分開(kāi)或靠近。

圖22 Ω形測(cè)量管質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖23a，當(dāng)管子分開(kāi)時(shí)，在振點(diǎn)前的流體中產(chǎn)生的科里奧利力與振動(dòng)力方向相反，減慢管子的運(yùn)動(dòng)速度；而在振點(diǎn)之后管中流體產(chǎn)生的科氏力與振動(dòng)方向相同，加快管子的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使管子靠近時(shí)，如圖23b，則產(chǎn)生相反的結(jié)果。在A、B兩點(diǎn)的傳感器可測(cè)的兩處管字運(yùn)動(dòng)的相位差，由此可得到流過(guò)測(cè)管中流體的質(zhì)量流量。

圖23Ω形管質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理8． 雙環(huán)形測(cè)量管質(zhì)量流量計(jì)

這種流量計(jì)有一對(duì)平行的帶有短直管的螺旋管組成，如圖24所示。在管子的中間位置D裝有驅(qū)動(dòng)器，使兩根測(cè)量管受到周期性的相反的振動(dòng)，在橢圓螺旋管的兩端，與中間點(diǎn)D等距離位置上，設(shè)置兩個(gè)傳感器，測(cè)量這兩點(diǎn)的管子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，這兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的相位差與流過(guò)測(cè)量管中的流體質(zhì)量流量成正比。

圖24 雙環(huán)形質(zhì)量流量計(jì)其工作原理簡(jiǎn)述如下：當(dāng)測(cè)管中流體不流動(dòng)時(shí)，振動(dòng)力使管子產(chǎn)生的變形，在中間點(diǎn)兩邊是一樣的，傳感器處的兩測(cè)點(diǎn)上，測(cè)得的振動(dòng)位移的相位差為零，當(dāng)測(cè)管中流體流動(dòng)時(shí)，在振幅最大點(diǎn)之前，流體質(zhì)點(diǎn)由于受到科氏力的作用產(chǎn)生一個(gè)與振動(dòng)方向相反的作用力，而在這點(diǎn)之后產(chǎn)生一個(gè)與振動(dòng)方向相同的作用力，由于在同一時(shí)刻兩根測(cè)量管所受到的作用力大小相等，方向相反，因此反映在兩傳感器處測(cè)點(diǎn)上管子的運(yùn)動(dòng)速度得到增大或減小，測(cè)量這兩點(diǎn)的相位差就可得到通過(guò)測(cè)量管流體的質(zhì)量流量。

三、 質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)特性

在一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中，流體質(zhì)點(diǎn)作用在測(cè)量管上的科氏力是很小的，這給精確的測(cè)量帶來(lái)很大的困難。為使測(cè)量管產(chǎn)生足夠強(qiáng)的信號(hào)，就應(yīng)加大科氏力對(duì)測(cè)量管的作用或在同樣的科氏力的作用下增大測(cè)量管的變形。ω從原理上講Fc＝2ωVM，在被測(cè)流體一定時(shí)，只有加大ω或V，才能提高Fc。實(shí)際中ω的增加，在儀表上就需要提高振動(dòng)頻率和振動(dòng)的振幅。振動(dòng)頻率的提高，嚴(yán)重地影響測(cè)量管的壽命，而振幅的提高就需提供較大的動(dòng)力。V的增加就是增加流速，這樣即增加了測(cè)量管上的靜壓，也增大流量計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失。這些對(duì)流量計(jì)本身和整個(gè)系統(tǒng)都是不利的。

另一方面從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，就要考慮提高科氏力作用在振動(dòng)管上的效率及提高傳感器的檢測(cè)能力，對(duì)后者性能的提高在此不討論。要想提高科氏力作用在測(cè)量管上的效率，必須在結(jié)構(gòu)形狀上提高測(cè)量管整體的系統(tǒng)彈性，減少鋼性，選用彈性好、性能穩(wěn)定的材料，并準(zhǔn)確選擇系統(tǒng)的振蕩頻率。以達(dá)到同樣的科氏力作用下，測(cè)量管的變形量增加。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量管的管壁越薄，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)形狀的系統(tǒng)彈性越好，作用在管上的科氏力就越明顯。這樣可使測(cè)量管的變形加大，信噪比增加，還可減少外界帶來(lái)的干擾。測(cè)量管上所受的應(yīng)力不要過(guò)于集中在一點(diǎn)上，以免造成機(jī)械疲勞。應(yīng)力作用的形式不同，也對(duì)管子的疲勞和測(cè)量靈敏度造成一定的影響。對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)，由于其設(shè)計(jì)思路不同，各有特色，但也存在著一些問(wèn)題，每一種形式均不可能達(dá)到盡善盡美。針對(duì)這些問(wèn)題，制造廠商也不斷地對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行改善，以提高其產(chǎn)品的性能，增強(qiáng)其競(jìng)爭(zhēng)能力。下面就具體的結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

1． 測(cè)量管的形狀：
測(cè)量系統(tǒng)彈性的增加，增大了作用于振動(dòng)管系統(tǒng)的科氏力的效應(yīng)，但也增大外界機(jī)械噪聲的干擾和儀表體積。測(cè)量管應(yīng)盡量減少急劇彎曲，最大可能的增大測(cè)量管內(nèi)徑，這樣可以減少壓力損失。雙測(cè)量管型的信噪比得到增加，流通能力也增加，別普遍采用。

2． 管壁
壁厚增加使管子更具有剛性，也增加了流動(dòng)時(shí)管子的固定質(zhì)量，減少了流體中夾雜氣體時(shí)，由于其分布的不均勻引起比重變化對(duì)管子振動(dòng)的影響，同時(shí)提高測(cè)量管耐壓、耐磨性，但會(huì)降低系統(tǒng)彈性，影響測(cè)量的靈敏性。

3． 制造和安裝
測(cè)量管的形狀在制作過(guò)程應(yīng)保證其對(duì)稱性，在雙測(cè)量管結(jié)構(gòu)中應(yīng)保證兩根管的一致性，傳感器的定位要準(zhǔn)確，以減少測(cè)量中由于密度或粘度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。流量質(zhì)量分配的不穩(wěn)定性，給測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性帶來(lái)影響。
從原理上講，測(cè)量管所受科氏力的大小只與流體的質(zhì)量流量有關(guān)，與流體密度、粘度無(wú)關(guān)。但密度的變化會(huì)帶來(lái)附加的慣性力；而粘度的變化時(shí)測(cè)量管的內(nèi)壁附著層不同，產(chǎn)生不同的邊界層效應(yīng)。結(jié)果引起測(cè)量管的質(zhì)量分配不穩(wěn)定，對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度帶來(lái)影響。(end)