解读科里奥利质量流量传感器

2020-01-25
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摘要 科里奥利流量计是以法国工程师、物理学家科里奥利(1792—1843)的名字命名的。

  科里奥利质量流量计(Coriolis Mass Flowmeter)简称科氏力流量计,是一种利用流体在振动管道中流动时产生与质量流量成正比的科里奥利力原理来直接测量质量流量的装置,由流量检测元件和转换器组成。

  和那些测量流速或者体积的传感器不同,科里奥利流量计直接测量质量流量。具有高精度,可测多重介质和多个工艺参数的特点,广泛应用于石化,制药,食品等行业。由于科里奥利流量计不受流体压力、温度、黏度和密度的影响,因此科里奥利流量计可以在未经校准和没有参数补偿的条件下测量特殊流体。这种传感器最初主要用于液体,但是现在也可以用于气体测量了。


  科里奥利质量流量计的工作原理

  科里奥利流量计是以法国工程师、物理学家科里奥利(1792—1843)的名字命名的。典型的科里奥利传感器由一个或两个具有入口和出口的振动管组成。管子的典型材料是不锈钢,它可以有效防止管子及其衬套受到由流体引起的机械或者化学损伤,从而保证测量的准确性。管子的外形有包括U形在内的各种形状。薄一点儿的管子用于气体,厚一点的管子更适合于液体。科里奥利管通过辅助的机电驱动系统产生振动。

  流体从入口进入传感器。基于流体对振动管的作用来确定质量流量。随着流体的流出,由于管子的振动,流体产生的加速度会让仪器受到大小不同的力。

  由流体产生的科里奥利力可以表示为

  F=2mωv

  这里,m代表质量;ω代表旋转角频率;v为流体平均速度的矢量。

  在这种力的作用下,当流体流经振荡环时,管子产生扭转运动。扭转量的大小直接与通过管子的质量流量成正比。下图a)展示了科里奥利流管无流体时的状况,图b)展示了科里奥利管有流体存在时的状况。


  在无流体状况下,管子在入口和出口的振动相同,并且两者之间的正弦波没有相位差。在有流体状况下,管子做扭转运动,进口和出口两端振动状况不同并带有一定的相位偏移(图c)。变送器测量左右检测信号之间的滞后时间,这个时间差乘上流量标定系数就可确定质量流量。

  科里奥利质量流量计的优缺点

  在优点方面,科里奥利质量流量计能直接测量质量流量,有很高的测量精确度;可测量流体范围广泛,包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体;测量管的振动幅小,可视作非活动件,测量管路内无阻碍件和活动件;对应对迎流流速分布不敏感,因而无上下游直管段要求;测量值对流体粘度不敏感,流体密度变化对测量值得值的影响微小。

  在缺点方面,科里奥利质量流量计零点不稳定形成零点漂移,影响其精确度的进一步提高,使得许多型号仪表只得采用将总误差分为基本误差和零点不稳定度量两部分;不能用于测量低密度介质和低压气体;液体中含气量超过某一限制(按型号而异)会显着著影响测量值;对外界振动干扰较为敏感,为防止管道振动影响,大部分型号科里奥利质量流量计的流量传感器安装固定要求较高;不能用于较大管径,目前尚局限于150(200)mm以下;测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度,尤其对薄壁管测量管的科里奥利质量流量计更为显着;压力损失较大,与容积式仪表相当,有些型号科里奥利质量流量计甚至比容积式仪表大100%;大部分型号科里奥利质量流量计重量和体积较大;价格昂贵。国外价格5000~10000美元一套,约为同口径电磁流量计的2~5倍;国内价格约为电磁流量计的2~8倍。


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