科里奧利質量流量計

  該流量計是一種直接而精密地測量流體質量流量的新穎儀表，以結構主體采用兩根并排的U形管，讓兩根管的回彎部分相向微微振動起來，則兩側的直管會跟著振動，即它們會同時靠攏或同時張開，即兩根管的振動是同步的，對稱的。
    如果在管子同步振動的同時，將流體導入管內，使之沿管內向前流動，則管子將強迫流體與之一起上下振動。
科里奧利質量流量計 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，在這種被叫做科里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??的時間先后商會出現(xiàn)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，則就能將質量流量的大小給確定了。這種流量計被稱作科里奧利直接質量流量計，它與世界上目前在用的幾十種常規(guī)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確和恒定。因為質量是遵循守恒定律的。
   科氏力質量流量計的發(fā)明是科技界苦苦求索幾十年的結果，它不但具有準確性、重復性、穩(wěn)定性，而且在流體通道內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(xiàn)在汽車用的清潔燃料壓縮天然氣（CNG）的計量就是靠它測準的，而在石油、化工、冶金、建材、造紙、醫(yī)藥、食品、生物工程、能源、航天等工業(yè)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。
工作原理
 當一個位于旋轉系內的質點作朝向或者離開旋轉中心的運動時，將產生一慣性力。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旋轉的管道內軸向移動時，這個質點將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(科里奧利加速度)，其值等于2ωu，方向與ar垂直，正方向符合右手定則
為了使質點具有科里奧利加速度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里奧利力Fc。
方向與αt相反。
從可以看出，當密度為ρ的流體以恒定流速u沿圖6-1所示的旋轉管流動時，任一段長度ΔX的管道都將受到一個大小為ΔFe的切向科里奧利力：式中，A為管道內截面積。由于質量流量qm=ρuA，因此：
基于上式，只要能直接或者間接地測量出在旋轉管道中流動的流體作用于管道上的科里奧利力，就可以測得流體通過管道的質量流量。
    在過程工業(yè)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(jīng)過幾十 年的探索，人們終于發(fā)現(xiàn)，使管道繞P軸以一定頻率上下振動，也能使管道受到科里奧利力的作用。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(jīng)過近二十年的發(fā)展，以科里奧利力為原理而設計的質量流量計已有多種形式。根據(jù)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，產生信號相對較大，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。但自振頻率高信號不易檢測，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(wěn)定零點有好外，也便于清洗，但易受外界振動的干擾，僅見于早期的產品和一些小口徑儀表。雙管型儀表既實現(xiàn)了雙管相位差的測量，也增了大信號增強了線性，同時降低外界振動干擾的影響。
優(yōu)點與缺點
優(yōu)點
科里奧利質量流量計直接測量質量流量，有很高的測量精確度。
可測量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。
測量管的振動幅小，可視作非活動件，測量管路內*件和活動件。
對應對迎流流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。
測量值對流體粘度不敏感，流體密度變化對測量值得值的影響微小。
可做多參數(shù)測量，如同期測量密度，并由此派生出測量溶液中溶質所含的濃度。
缺點
科里奧利質量流量計零點不穩(wěn)定形成零點漂移，影響其精確度的進一步提高，使得許多型號儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點不穩(wěn)定度量兩部分。
科里奧利質量流量計不能用于測量低密度介質和低壓氣體；液體中含氣量超過某一限制（按型號而異）會顯著著影響測量值。
科里奧利質量流量計對外界振動干擾較為敏感，為防止管道振動影響，大部分型號科里奧利質量流量計的流量傳感器安裝固定要求較高。
不能用于較大管徑，目前尚局限于150（200）mm以下。
測量管內壁磨損腐蝕或沉積結垢會影響測量精確度，尤其對薄壁管測量管的科里奧利質量流量計更為顯著。
壓力損失較大，與容積式儀表相當，有些型號科里奧利質量流量計甚至比容積式儀表大100%。
大部分型號科里奧利質量流量計重量和體積較大。
價格昂貴。國外價格5000 ～10000美元一套，約為同口徑電磁流量計的2 ～5倍；國內價格約為電磁流量計的2～ 8倍。
安裝使用
為了使科里奧利質量流量計能正常、安全和高性能地工作，正確地安裝和使用是非常重要。這里包括機械安裝、電氣安裝和使用維護。
(1)安裝
機械安裝應注意這樣幾個問題：
a.流量傳感器應安裝在一個堅固的基礎上。內徑小于10mm的小口徑質量流量計安裝在平衡堅硬和無振動的底面上，如墻面、地面或專門的基礎。如果在高振動環(huán)境使用，應注意對基礎的振動吸收，而且傳感器進出口與管道之間應用柔性管道連接；較大口徑的流量計直接安裝在工藝管道上，應用管卡和支撐物將流量計牢牢地固定。
b.為防止CMF間的相互影響，在多臺流量計串聯(lián)或并聯(lián)使用時，各流量傳感器之間的距離應足夠遠，管卡和支撐物應分別設置在各自獨立基礎上。
C為保證使用時流量傳感器內不會存積氣體或液體殘值，對于彎管型流量計，測量液體，彎管應朝下，測量氣體時，彎管應朝上。測量漿液或排放液時，應將傳感器安裝在垂直管道，流向由下而上。對于直管型流量計，水平安裝時應避免安裝在最高點上，以免氣團存積。連接傳感器和工藝管道時，一定要做到無應力安裝，特別對某些直管型測量管的流量傳感器更應注意。
(2)使用和維護
①流量計零點調整。待流量傳感器充滿被測流體后關閉傳感器下游閥門，在接近工作溫度的條件下調整流量計的零點。調整零點時保證下游閥門*關閉，確認不泄漏流體是非常重要的。如果調零時閥門存在泄漏，將會給整個測量帶來很大誤差。
②設置流量和密度校準系數(shù)。正確設置流量和密度校準系數(shù)流量計的工作十分重要。流量校準系數(shù)代表傳感器的靈敏度及流量溫度系數(shù)，靈敏度表示每微秒時差測量多大的流量。
(單位往往為克/秒)；流量溫度系數(shù)表示傳感器彈性模量受溫度的影響程度。這些與流量計的測量準確度都有直接關系，密度校準系數(shù)代表傳感器在0℃下管內為空氣和管內為水時的自振周期(單位往往為微秒)及密度溫度系數(shù)，顯然這些與測量密度的準確度直接相關。
③使用中維護流量計正常工作。及時發(fā)現(xiàn)故障和排除故障對流量計正常工作很重要，實際工作中常見的有以下幾種故障情況：
a.無輸出：指有流量通過傳感器而傳感器沒有信號輸出；
b.輸出不變化：雖然流量變化了，但輸出保持不變；
c.輸出不正常，輸出隨意變化，與流量的變化無關，即輸出反常；
d.斷續(xù)地有輸出：斷續(xù)輸出，開始和結束都無規(guī)律，但當有輸出時，輸出信號能正確反映
流量大小。