质量流量计原理

质量流量计原理
质量流量计原理

科里奥利质量流量计

1概论

科里奥利质量流量计(以下简称CMF)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式质量流量仪表。

基于科里奥利原理的流量仪表的开发始于20世纪50年代初,但直到70年代中期,由美国高准(MicroMotion)公司首先推向市场。到80年代中后期各国仪表厂相继开发,迄1995年世界已有40家以上仪表制造厂推出各种结构的CMF。到1995年世界范围CMF装用量估计在18万~20万台之间,1995年销售量估计在4万~4.5万台之间。

我国CMF的应用起步较晚,从80年代中期引进成套装置附带进口少量仪表开始,到技术改造所需单台进口一定数量,迄1997年估计装用量在3500~4500台之间。1997年我国已有4家制造厂自行开发CMF供应社会,如太行仪表厂已有完整的IZL系列;还有几家制造厂组建合资企业或引进国外技术生产系列仪表。

2原理和结构

如图1所示,当质量为m的质点以速度υ在对p轴作角速度ω旋转的管道内移动时,质点受到两个分量的加速度及其力。

1)、法向加速度即向心力

加速度αr,其量值等于ω2r,

方向朝向P轴;

2)、切向加速度αt即科里奥利

加速度,其量值等于2ωυ,方向

与αr垂直。由于复合运动,在

质点的αt方向上作用着科里奥

利F c=2ωυm,管道对质点作用着一个反向力-F c= -2ωυm。

当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度υ流动时,任何一段长度Δx的管道

都将受到一个ΔF c的切向科里奥利力。

(1)

式中A——管道的流通内截面积。由于质量流量计流量即为δm,δm=ρυA,所以

(2)

因此,直接或间接测量在旋转管

道中流动流体产生的科里奥利力就

可以测的得质量流量,这就是CMF

的基本原理。

然而通过旋转运动产生科里奥

利力是困难的,目前产品均代之以管

道振动产生的,即由两断端固定的薄壁测量管,在中点处以测量管谐振或接近谐振的频率(或其高次谐波频率)所激励,在管内流动的流体产生科里奥利力,使测量管中点前后两半段产生方向相反的挠曲,用光学或电磁学方法检测挠曲量以求得质量流量。

又因流体密度会影响测量管的振动频率,而密度与频率有固定的关系,因此CMF也可测量流体密度。

CMF由流量传感器和转换器(或流量计算机)两部分组成,。图2为流量传感器一列一例,主要有由测量管及其支撑固定桥架、测量管振动激励系统中的驱动线圈A、检测测量管挠曲的光学检测探头或电磁检测探头B、修正测量管材料扬杨氏模量温度影响的测温组件等组成。转换器主要由振动激励系统的振动信号发生单元、信号检测和信号处理单元等组成;流量计算机则还有组态设定、工程单位换算、信号显示和与上位机通信等功能。

3优点

CMF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。

可做多参数测量,如同期测量密度,并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度。

4缺点

CMF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。

CMF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。

CMF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CMF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CMF更为显着。

压力损失较大,与容积式仪表相当,有些型号CMF甚至比容积式仪表大100%。

大部分型号CMF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。

5分类

CMF发展到现在已有30余中种系列品种,其主要区别在于流量传感器测量管结构上设计创新;提高仪表精确度、稳定性、灵敏度等性能;增加测量管挠度,改善应力分布,降低疲劳损坏;加强抗振动干扰能力等。因而测量管出现了多种形状和结构(参见图3),本节仅就此从不同角度作些分类和讨论。

CMF按测量管形状可分为弯曲形和直形。

按测量管段数可分为单管型和双管型。

按双管型测量管段的连接方式可分为并联和串联型。

按测量管流体流动方向和工艺管道流动方向间布置方式可分为并行方式和

垂直方式。

5.1 按测量管形状分类

1)弯曲形首先投入市场的仪表测量管弯成U字形,现在已开发的弯曲形状有Ω字形、B字形、S字形、圆环形、长圆环形等。弯曲形测量管的仪表系列比值比直形测量管的仪表多。设计成弯曲形状是为了降低钢刚性,因与直形相比可以采用较厚的管壁,仪表性能受磨蚀腐蚀影响较小;但易积存气体和残渣引起附加误差。此外,弯形测量管的CMF的流量传感器整机重量和尺寸要比值比直形的大。

2)直形直形测量管的CMF不易积存气体及便于清洗。垂直安装测量浆液时,固体颗粒不易在暂停运行时沉积于测量管内。流量传感器尺寸小,重量轻。但钢刚性大,管壁相对较薄,测量值受磨蚀腐蚀影响大。

有些型号直形测量管仪表的激励频率较高,在600 ~1200Hz之间(弯形测量管的激励频率仅40 ~150Hz之间),不易受外界工业振动频率的干扰。

近年国外原主张并生产弯曲形测量管的CMF制造厂,亦竟相开发直形测量管CMF,它有日益增加的趋势。

5.2 按测量管段数分类

这里所指测量管段是流体通过各自振动并检测科里奥利力划分的独立测量管。

1)单管型初期开发的产品是单管式,因易受外界振动干扰影响,后期开发的CMF则多趋向于双管型,单但近年开发又有采用单管型的,如图3(q)所示。

2)双管型双管型可降低外界振动干扰的敏感性,容易实现相位差的测量,目前为绝大多数型号仪表所采用。

5.3 按双管型测量管的连接方式分类

1)并联型如图3(a)、(d)、(f)、(h)、(i)、(j)、(k)、(I)、(m)、(o)、(p)所示。流体流入传感器后经上游管道分流器分成二路进入并联的二根测量管段,然后经与分流器形状相同的集流器进入下游管道。并联型为较多型号仪表所采用。分流器要求尽可能等量分配,但使用过程中分流器由于沉积粘附异物或磨蚀悔改会改变原有流动状态,引起零点漂移和产生附加误差。

2)串联型如图3(b)、(e)、(g)、(n)所示。流体流过第一测量管段再经导流块引入第二测量管段。本方式流体流过两测量管段的量相同,不会产生因分流值变化所引起的缺点,适用于双切变敏感的流体。

5.4 按测量管流动方向和工艺管道流动方向布置方式分类

1)平行方式测量管的布置使流体流动方向和工艺管道流动方向平行。采用这种方式型号较多,如图11.3(b)、(d)、(f)、(g)、(j)、(k)、(I)、(m)、(o)、(p)、(q)。

2)垂直方式测量管的布置与工艺管道垂直,流量传感器整体不在工艺管道振动干扰作用的平面内,抗管道振动干扰的能力强,如图2(a)、(e)、(h)、(i)、

(n)。

6选用考虑要点

6.1 应用概况

CMF主测量参量是质量流量,第二测量参量是流体密度,还有附加测量流体温度。还可由质量流量和流体密度派生出测量双组分溶液中溶质的浓度。CMF 应用最多的是需要考核质量(对应与体积的mass,而非品质)为目标的计量总量或测量/控制流量,具体说有;贸易结算交接计量或企业内部核算计量;批量生产(batch process)进料的分批计量(替代以前费工费时的称重计量);管道混合(blending)配比的控制。

然而CMF的零漂等问题限制了一些在贸易计量方向的应用。,列例如美国石油协会(API)在90年代中期还认为CMF在石油工业的运行技术尚不成熟;国际标准化组织石油产品及润滑油委员会石油动态计量分委员会(ISO/TC28/SC2)年会上,因“CMF在石油工业密封管道`输送工艺’中的技术尚不成熟”,撤销专门负责制订CMF国际标准的工作组(WG6)。由于CMF性能进一步完善,在其它领域的贸易交接计量应用方面逐渐增加,现在情况似有变化。

密度是CMF测量的第二参量,再生产在生产过程中作某些品质指标控制,如溶液稀释程度,交接时防止卖方有意稀释;或求去取溶液中溶质浓度,测量溶液中溶容质流量或总量,如油井口流出油水混合液体中油的产量,还可辨别流动中液体种类,分路发送,如区分管系成品液和清洗液交替流动,分送下游不同管道。

90年代中期CMF又拓展到测量液体的粘度,利用CMF的压力将降与粘度的函数关系辅以差压变送器作在线测量。

CMF对被测液体的粘度适应范围宽,从低粘度液化石油气到高粘度原油和沥青液。具据国外某仪表厂90年代出初统计分析表明,销售使用于中高粘度液体占50%以上,其中400mPa?s以上占10%。CMF还可应用于非牛顿流体和液固双相流体的流量测量,如乳胶、悬浮高龄高岭土液、巧克力、肉糜浆等。

早期CMF仅用于液体,然后扩大应用与于高压气体,到90年代初才有适用于测量中低压气体的仪表。据Micro Motion公司称;迄1997年该公司已有7500台CMF应用于气体,其中服务于汽车压缩天然气(CNCCNG)加气站计量的CMF

有6000台。

用户产业分布;:据国外某仪表制造厂90年代初统计分析,CMF的应用中化学工业占40%,石油工业(包括炼制和储运)占20%,食品工业23%,其它占17%,其中食品工业占有相当比列比例;在国内当前石油、石化业用户资金雄厚,用的较多,而食品工业用户可谓绝无仅有。

6.2 测量精确度与范围度

大部分制造厂以“量程误差加零点不稳定性”的方式表达基本误差。这是一种巧妙的表达方式,给用户产生一种精确度很高的印象。实际上在低流量或接近下限流量时,误差较大,基本误差常超过量程误差一倍以上,选用时应予注意。基本误差通常在±(0.15~0.5)%R之间,重复性误差一般为基本误差的1/4~2/3;流量范围度大部分在(10:1)~(50:1)之间,有些则高达(100:1)~(150:1)。基本误差与范围度有关,列如例如Micro Motion公司D系列10:1时为±0.36%R,20:1时为±0.58%R。

零点不稳定性通常以%FS表示,也有以流量值kg/min表示。零点不稳定性一般再在±(0.01~0.04)%FS之间。若±0.04%FS零点不稳定性和20:1范围度的仪表,下限流量时因零点不稳定误差可能达到该测量点的±0.8%R。

由于CMF精度不断提高,对于精度较低仪表予以忽略的介质温度和静压变化影响将凸显出来。实际工作条件下测量精确度要考虑介质温度附加误差δT和静压附加误差δP,评估测量条件下测量误差δΣ通常由基本误差δB和δT、δP按式3合成。

(3)

下文将进一步讨论介质温度和静压的影响。

6.3 流量范围和压力损失

上文提到CMF流量范围度很大,实际上是由于上限流量定的得很高所致,与其他类型仪表如容积式、涡轮式相比,如以水的密度计算名义口径流速高达8~12m/s,有些型号甚至达15~16m/s,而容积式和涡轮式仅为3~5m/s。测量管内流速还要高,因此大部分型号CMF的压力损失较大,用于水等低粘度液体时为0.1~0.2MPa,选用时应予注意。

按使用条件选择CMF规格大小时考虑的主要因素之一为估算仪表压力损失(或称压力降)△pp是否在管系允许值之内。,在允许压力降情况下,为获得最佳测量精确度使用的满度流量尽可能在CMF的流量范围内选的得高些。通常CMF的名义口径小于(或等于)管径,很少大于管径者。

但也有少数型号仪表压力降较低,列如例如RHM系列上限流量名义口径流速仅2~3m/s,压力降约在0.05MPa左右。

CMF的压力降随着流体粘度增加而增加。图4所示是D150型(口径40/50mm)的不同粘度流体流量-压力降关系线列图μ=1mPa·s,相当与常温下水粘度,μ=0.01mPa·s相当与于大部分气体的粘度。从图上可以看出粘度为500mPa·s 液体的压力降为水的10倍。高粘度液体在仪表中呈层流流动,压力降△p和流量qm之间呈线线性关系(即,式中k为系数,指数n=1),低粘度时为紊流流动,`基本上为平方关系(即n=2),中等粘度关系线为折线,小流量段呈层流,中高流量段为从层流转向紊流的过渡区流动,n在1与2之间。

所使用流体的粘度在图示线列之间,有文献建议可采用比列比例内插法进近似计算,只适用与于高粘度液体层流流动区。对于中低粘度,粘度-压力损失呈指数关系的紊流区和过渡区并不适用,只能是粗略估计。

对于在原有管线上以CMF替代其他类型流量仪表(如涡轮流量计)的技术改造,更要核算动力泵扬程能否满足克服CMF所增加压力损失,必要时换较大扬程的泵。

6.4 测量气体流量

气体流量的能否测量取决于是否达到规定的质量流量值,由于气体的密度低,必须要在很高的压力和很高的流速下才能达到。列如例如,Micro Motion的DS-100型(25mm口径)仪表流量达到额定流量范围最大值455kg/min时,空气密度若为100kg/m3,绝对压力必须达到7.6MPa,气其流速要高达154.5m/s,即使流量在额定最小流量68kg/min时,流速也需要达23m/s。

有些型号仪表则规定气体密度下限,列如例如Heinnchs公司的TH系列为2kg/m3;‘Krohne;公司的MFS-3000系列1.5E和10E型(口径分别为6和8mm)为50kg/m3,Foxboro公司,的CFS10=1/AS 系列为200kg/m3,如测量空气流量,则绝对压力必须分别达到4.2和1608MPa16.8MPa。

同一仪表用于测量气体时性能低与于测量液体。列如例如;制造厂声称EIite 系列时测量气体时误差为±0.5%R而测量液体时误差为(±0.1%+零点不稳定度)。但该厂另一论文对同一系列仪表试验结论又称所有数据均优于±2%Rr,读该文所附各图,可见到在测量低压气体时测量误差有接近或超过1%者,这是因为流量处于额定流量百分之几的低流量,是零点不稳定度所起主要作用,低压时重复性也较差,达0.6%。

用于测量低压气体应注意到可测量流量将大为降低,列如例如EIite系列CMF100型(口径25/40mm)再在测0.175MPa压缩空气时最大流量仅为约4%额定流量。

通常用于气体的CMF不用气体效验校验,仍用水校效验的仪表的常数,。一般认为两者之间差别不大,实际上还是有些差别的。文献{9}在试验后认为流体密度从1000kg/m3(水)到2kg/m3(0.17MPa空气)很宽的范围内,用工厂校准的仪表常数,精确度优于2%,一般误差小于±0.5%。英国工程实验室(NEL)也曾对6台口径25mm CNF作过液气对比实验;3台在较低压力1.5MPa空气实验,其中2台非线形比液体时大0.6%,1台重复性1%,1台重复性低劣达15%,仪表常数变化10%;3台在较高压力6MPa实验,其中2台重复性比液体时大

0.3%,非线形分别比液体大1.5%和1.3%,1台不能工作。

6.5 含有气体的液体

制造厂通常声称含有百分之几体积比游离气体的液体带给测量值的影响不大。当测量气泡小而分布均匀的液体,列如例如冰淇淋和相似乳化液,可能是对的。,然而意大利计量院对7种型号CMF含气量影响实验表明;含气泡1%(体积比)时有些型号无明显影响,有些型号误差为1%~2%,而其中某一双管直管式型号则高达10%~15%;含气泡10%时,误差普遍增加到15%~20%,个别型号高达80%。Danfoss公司的实验也证明。当液体含0.3%气泡时,仪表仍可保持原由精确度;当含气量达5%时(在常压下),仪表误差以达10%此外,流体的压力、流速、粘度和气液混合方式等不同带来的影响也不一样。但有些型号CMF声称可测量含气量较高的液体,列如Krohne公司MFS200型(图3(h))所示双并联测量管口径15~25mm仪表,在合适应用条件下含气量可达15%,因此在制造厂未专门说明可测量含有气体的液体时,最好测量可能含有气体液体的仪表前采取脱气措施。

6.6 含有固体的液体

测量含有少量固体的液体流量时,各种类型CMF都有较高的信赖度。当固体含量增加,固体具有强磨蚀性或者软固体(如食品汤汁中的蔬菜块),就应按流体的特点选用合适类型测量管的CMF。

含有固体较多或含有软固体,应避免选用测量管内径比名义管径小得多的仪表,防止堵塞。最好选用单管型或双管型中的串联型,因为如用双管型中的并联型,分流器上粘附杂物导致改变二路分流量,产生误差;更为严重的情形是如一路堵塞可能不被立即发现。

测量强磨蚀性的浆液时间同样有堵塞问题,且对分流管的磨蚀不均匀亦会改变原来得的分流比,因此亦不宜选用双管并联型。,最好采用单直管形状测量管管壁较厚的CMF。因为测量管形状复杂易产生管壁磨蚀不均匀。

6.7 流体工况或物性参量对流量测量的影响

通常仪表制造厂的样本和使用说明书等技术文件声称CMF的测量性能不受流体的温度、静压、密度、粘度变化影响。,然而随着用户日益增加应用经验,

感到并非完全如此,集资委托第三方研究开展影响量的实验研究。制造厂也开展各项应用技术研究,有些影响量已达到可提出修正量的程度。

如果CMF的流量测量精确度仍为初期的0.5%~1%R,常用范围的流体工况和物性变化影响或可可忽略不计,然而当前精确度指标定的很高,达0.1%~0.15%R,影响量就更凸显出来了。

(1)温度影响

介质温度或环境温度变化会改变测量振动管的扬杨氏模量和影响零漂的结构等各种因素。大部分型号仪表对杨扬氏模量的温度系数经电子线路补偿以减少其影响量;零漂影响由于是受振动管几何形状和结构件的非对称性所形成,是不能再现的,因此尚难减小消除。然而杨扬氏模量的温度系数是一个统计量,因测量管材料批号和热处理等工艺的不一致性,有一定幅度范围。有可能补偿不足或过渡,不可能全部补偿为零。各制造厂所提供流体工作温度范围仅根据仪表材料结构等因素来确定的,并不意味着再次在此范围内保持常温下校准的性能。仅有少数制造厂能提供仪表的温度影响量,如Micro Motion公司。

英国NEL曾对90年代初国外市场上多家制造厂CMF的温度影响量做过实流试验。水温变化范围5~400C。每改变一次水温,仪表在流量试验前调零,在该温度内以后就不能再调。8台仪表中3台无影响,1台仪表常数变化0.5%,2台变化1%~1.5%,2台变化1.5%~2%。5台变化仪表的温度影响量为±(0.014~0.057)%/0C,还是相当大的。

(2)压力影响

液体静压增大会使测量振动管呈绷紧(stiffening)现象,弯曲管还有布登管效应(Bour-don effecf),产生一个负向偏差。这两种压力效应虽然影响量很小,但是使用时静压与校准时相差甚大时,对于高精仪表其值还是不容忽视的。压力影响量取决于测量管管径、壁厚和形状,小口径仪表由于壁厚管径比大,影响量小;大口径仪表则壁厚管径比小,影响量大。Micro Motion公司提供该公司仪表压力影响数据,以校准时压力0.2MPa为基准,CMF100型仪表(口径25mm)压力影响量为-0.03%R/MPa,CMF200型(口径40/50mm)为-0.12%R/MPa;D 系列较大,D300型(口径80/100mm)为-1.35%MPa,D600(口径150/200mm)为-0.75%MPa。若使用过程中压力有很大变动,则可以根据实际静压修正仪表常数。

NEL对90年代初市场上8台CMF所作静压影响试验结果如表1所示,静压影响量最大为-1.75%/MPa,最小为-1%/MPa,平均为-1.4%/MPa.

表1 压力影响量

(3)密度影响

以前认为CMF的流量测量性能不受介质密度影响,但近年各方实验说明还是有一定影响,认为误差小于±0.5%R,其中有密度影响部分。

NEL 对90年代初市场上8台CMF,以4种不同密度的液体做密度影响试验,密度范围从煤油0.78到乙二醇1.11kg/L。8台仪表中有1台变化+0.5%(以煤油为基准)。

Danfoss公司对本公司cmf试验也证明存在密度影响。10mm口径仪表介质密度2kg/L的流量值与1kg/L相比,相差-0.1%;0.5kg/L的介质与1kg/L的介质相比为+0.06%。

(4)粘度影响

粘度较高的液体会较多吸收科里奥利激励系统的能量,在流动开始时尤甚。这一现象对有些结构设计的CMF可能导致测量暂时停止振动,直到正常流动。

NEL 对90年代初市场上8台CMF,用水、煤油、粗柴油、乙二醇四种粘度液体,粘度范围为1~29.5mm2/s,在称重流量标准装置上试验。其中一台有明显粘度影响,大流量(2~5kg/s)时仪表常数变化0.25%,在小流量时20%Q max(0.5kg/s)时变化0.5%,10%时变化2.2%。

7安装使用注意事项

7.1 流量传感器安装一般要求

由于测量管形状及结构设计的差异,同一口径相近流量范围不同型号传感器的重量和尺寸差别很大,列如例如80mm口径者仅45kg,重者达150~200kg。安装要求亦千差万别,因此必须按照制造厂规定的安装方法和趋避禁止事项,列

如例如有些型号流量传感器直接连接到管道上即可,有些型号却要求设置支撑架或基础。为隔离管道振动影响仪表,有时后候传感器与管道之间要介以柔性管连接,而柔性管与传感器之间又要一段有支撑件分别固定的刚性直管。选购之前应向拟购CMF的厂商索取安装使用说明书参照比较和选择。

安装设计时尽可能使其有长的使用寿命,为除去过早磨损和产生测量误差的固形物和夹杂气体,按流体和管道条件在传感器上游装过滤器或气体分离等保护装置。,若希望能在现场在线校准仪表,应考虑引流连接口和阀,以及相应的空间。

7.2 流量传感器安装姿势和位置

流量传感器测量管内残留固形物、结垢、潴留气体等均将影响测量精度。一般说装于自下面下而上流动的垂直管道较为理想;但对于非直形测量管CMF装在垂直管道还是水平管上。取决于管道振动状况和应用条件。

安装位置必须使测量管内充满液体,列如例如水平管道上流体流过CMF后直接放如入容器而无背压,测量管往往不能充满,会使输出信号激烈波动。7.3 截止阀和控制阀的安装

为使调零时没有流动,CMF上下游设置截止阀,并保证无泄漏。控制阀应装在CMF下游,CMF保持尽可能高的静压,以防止发生气蚀和闪蒸(fIashing)。

7.4 脉动和振动

为勿使流程中发生的和外部的机械振动影响CMF,向制造厂询问所提供CMF的共振频率范围,以判断现场脉动或振动频率是否接近CMF的共振频率。亦可向制造厂提供现场振动状况咨询是否需要采取下列措施,如:1)设置脉动衰减器,2)设置振动衰减器或柔性连接管,3)特殊的流量传感器的夹装固定设备,等等。

7.5 防止CMF间相互影响

同一型号两台CMF串联安装,或多台CMF接近地并行(或并联)安装,尤其装在同一支撑台架时,测量管振动会使各CMF间相互影响,产生干扰而引起异常振动,严重时使仪表无法工作。安装时应采取防范措施,如;向制造厂提

出错开接近仪表的共振频率值;拉开流量传感器距离,不设置在同一台架上,独立设置支撑架;流量传感器异方向安装;流量传感器间设置防振材料隔离等方法。

7.6 管道应力和扭曲

CMF 法兰与管道法兰连接旋紧螺栓时要均匀,勿使CMF产生应力(列如例如管道两法兰平面不平行所致)。若在布设管道时预接入与CMF同样长度的短管,可防止不良布管形成的应力。在使用过程中由于工艺流程压力和温度变化,CMF会受到管线轴向力或弯曲/扭曲力。影响测量性能,要做好必要的固定支架。

7.7 强磨蚀性浆液的使用

前文提到测量强磨蚀性浆液最好选用直管单管型并且要使测量管处于垂直位置,以免管壁磨损不匀,缩短使用寿命。然而管壁厚度变薄会降低测量管钢刚性而改变流量测量值,因此在这种场所的运行初期要定期检测,确认使用周期。测量管内壁结构结垢或漂移沉积也会影响测量精确度,因此要定期清洗。

7.8 零点漂移和调零

零点漂移来自流量传感器部分,主要原因有;1)机械振动的非对称性和衰减;2)流体的密度粘度变化,影响前者的因素有;a) 管端固定应力的影响;b)振动管钢刚度的变化;c)双管谐振频率不一致性;d)管壁材料的内衰减。后者影响零位的原因是结构不平蘅,因此即使在空管时将双管的谐振频率调整一致,到充满液体时可能产生零漂,同样因粘度引起的振动衰减与频率有关,在流动时亦可能产生零漂。

最后调零必须在安装现场进行,流量传感器排尽气体,充满待测流体后在再关闭传感器上下游阀门,在接近工作温度的条件下调零。安装方面变动或温度大幅度变化时需要重新调整。

质量流量计测量原理

科氏力质量流量计Coriolis flowmeters
Classification: Advanced Customer training 01/8/2010 Li jugang Slide 1
测量原理Measuring principle

FC010BPEA
本模块的学习目标
Objective of this learning module
参加人员能够理解: The participant understands… 这项技术的历史 …the history of the technology. 科氏力质量流量计的物理原理 …the physical principle of a Coriolis mass flowmeter. 科氏力流量计所能测量的过程参量 …what process values can be measured by a Coriolis flowmeter.
Classification: Advanced Customer training 01/08/2010 Li jugang Slide 2
科氏力流量计的一般设计 …the general design of a Coriolis flowmeter. 科氏力流量计的优点和局限 …the advantages and limitations of a Coriolis flowmeter.

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科氏力流量计的历史 History of Coriolis flowmeters 1835年科里奥利(数学家)首次描述了科氏力的效应。 1835 – Gaspard Gustave de Coriolis (1792 – 1843) describes the Coriolis effect. 1851年费科通过科氏力效应演示了地球的自转-费科单摆 1851 – Jean Bernard Léon Foucault (1819 – 1868) demonstrates the earth rotation using the Coriolis effect (Foucault’s pendulum). 1977年Micromotion公司生产全球首台工业应用的科氏力流量计 1977 – MicroMotion Inc. introduces the first industrial Coriolis mass flowmeter. 1984年E+H公司生产了世界上第一台直管型科氏力流量计 1984 – Endress+Hauser Flowtec starts producing m-point, the first straight tube Coriolis flowmeter. 1994年E+H公司生产Promass系列产品。 1994 – Endress+Hauser introduces the Promass series.
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质量流量计工作原理的学习

质量流量计工作原理的学习 质量流量计以科氏力为基础,在传感器内部有两根平行的T型振管,中部装有驱动线圈,两端装有拾振线圈,质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量,还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。质量流量计是一种重要的流量测量仪表。质量流量计是采用感热式测量。 流体的体积是流体温度和压力的函数,它是一个因变量,而流体的质量是一个不随时间、空间温度、压力的变化而变化的量。如前所述,常用的流量计中,如孔板流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、转子流量计、超声波流量计和椭圆齿轮流量计等的流量测量值是流体的体积流量。在科学研究、生产过程控制、质量管理、经济核算和贸易交接等活动中所涉及的流体量一般多为质量。采用上述流量计仅仅测得流体的体积流量往往不能满足人们的要求,通常还需要设法获得流体的质量流量。以前只能在测量流体的温度、压力、密度和体积等参数后,通过修正、换算和补偿等方法间接地得到流体的质量。这种测量方法,中间环节多,质量流量测量的准确度难以得到保证和提高。随着现代科学技术的发展,相继出现了一些直接测量质量流量的计量方法和装置,从而推动了流量测量技术的进步。 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中,仅测量体积流量是不够的,由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要,还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法,可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量,这种方式又称为推导式;直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1.间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法,一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合,实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 (1)节流式流量计与密度计的组合 由前述知,节流式流量计的差压信号P ?正比于2 qρ,如图1所示,密度计 v 连续测量出流体的密度ρ,将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理,即可求出质量流量为

科氏力质量流量计的工作原理和典型结构特性

科氏力质量流量计的工作原理和典型结构特性 中国计量研究院流量室李旭 一、工作原理 如图一所示,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ω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ω运动,此时流体质点受到一个切向科氏力Fc。这个力作用在测量管上,在O点两边方向相反,大小相同,为: δFc = 2ωVδm 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 科里奥利力的形成图2 早期科氏力质量流量计 二、结构 早期设计的科氏力质量流量计的结构如图2所示。将在由流动流体的管道送入一旋转系统中,由安装在转轴上的扭矩传感器,来完成质量流量的测量。这种流量计只是在试验室中进行了试制。 在商品化产品设计中,通过测量系统旋转产生科氏力是不切合实际的,因而均采用使测量管振动的方式替代旋转运动。以此同样实现科氏力对测量管的作用,并使得测量管在科氏力的作用下产生位移。由于测量管的两端是固定的,而作用在测量管上各点的力是不同的,所引起的位移也各不相同,因此在测量管上形成一个附加的扭曲。测量这个扭曲的过程在不同点上的相位差,就可得到流过测量管的流体的质量流量。 我们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、Ω形测量管、双环形测量管等,下面我们分别对其结构作一简单介绍。 1. S形测量管质量流量计 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。 图3 S形质量流量计结构 这种质量流量计的工作原理及工作过程,如图4所示。 图4 无流动时位移传感器的输出 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4B 所示,由图中可以看出,两传感器测得的相位差为零。当测量管内流体以速度V 流动时,流体中任意值点的流速,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Vx为零;

电磁流量计工作原理

电磁流量计的工作原理 电磁流量计(Eletromagnetic Flowmeters,简称EMF)是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的,电磁流量计用来测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优点,电磁流量计目前已广泛地被应用于工业过程中各种导电液体的流量测量,如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质;电磁流量计各种浆液流量测量,形成了独特的应用领域。 在结构上,电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。传感器安装在工业过程管道上,它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感生电势信号,并通过传输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远的地方,它将传感器送来的流量信号进行放大,并转换成流量信号成正比的标准电信号输出,以进行显示,累积和调节控制。 电磁流量计的基本原理 (一)测量原理 根据法拉第电磁感应定律,当一导体在磁场中运动切割磁力线时,在导体的两端即产生感生电势e,其方向由右手定则确定,其大小与磁场的磁感应强度B,导体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比,如果B,L,u三者互相垂直,则 e=Blu (3-35) 与此相仿.在磁感应强度为B的均匀磁场中,垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道,当导电液体在管道中以流速u流动时,导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极(图3—17)则可以证明,只要管道内流速分布为轴对称分布,两电极之间也特产生感生电动势: e=BD (3-36) 式中,为管道截面上的平均流速.由此可得管道的体积流量为: qv=πDUˉ=(3-37) 由上式可见,体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系,与磁场的磁感应强度B成反比,与其它物理参数无关.这就是电磁流量计的测量原理. 需要说明的是,要使式(3—37)严格成立,必须使测量条件满足下列假定: ①磁场是均匀分布的恒定磁场; ②被测流体的流速轴对称分布; ③被测液体是非磁性的; ④被测液体的电导率均匀且各向同性。 图3-17电磁流量计原理简图 1-磁极;2-电极;3-管道 (二)励磁方式 励磁方式即产生磁场的方式.由前述可知,为使式(3—37)严格成立,第一个必须满足的条件就是要有一个均匀恒定的磁场.为此,就需要选择一种合适的励磁方式。目前,一般有三种励碰方式,即直流励磁、交流励磁和低频方波励磁.现分别予以介绍. 1.直流励磁 直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁,它能产生一个恒定的均匀磁场.这种直流励磁变送器的最大优点是受交流电磁场干扰影响很小,因而可以忽略液体中的自感现象的影响.但是,使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化,即电解质在电场中被电解,产生正负离子.在电场力的作用下,负离子跑向正极,正离子跑向负极.如图3—18所示.这样,将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围,严重影响电磁流量计的正常工作.所以,直流励磁一般只用于测量非电解质液体,如液态金属等. 图3-18直流励磁方式 2.交流励磁

简述各种流量计原理及特点

简述各种流量计原理及特点(1) 1. 简述 目前工程实际中,流量测量方法及流量仪表的种类繁多,至今为止,可供工业用的流量仪表种类多达数十余种。在流量仪表的家族中,每种产品都有它特定的适用性及使用局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类:按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。 本文简要介绍目前最常用流量计分类法,主要有:差压式流量计、容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计质量流量计等分别简述各种流量计的原理及特点。 2. 差压式流量计 差压式流量计是通过安装于是工业管道中流量检测元件产生的差压,将已知流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计差压式流量计算流量计。 差压式流量计由一次检测件及二次仪表(差压转换器或变送器和流量显示仪表)组成。以检测件形式划分差压式流量计分类,有孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。二次仪表为各种机械、电子、机电一体式差压式流量计、差压变送器及流量显示仪表。差压式流量仪表是流量仪表大家族中应用最广泛的一中流量仪表,目前国内外已系列化、通用化、标准化,差压式流量计既可单独测量流量参数,也可测量其它参数(压力、物位、密度)等。差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水利阻力、动压头式、动压头增益及射流式、以及离心式等几大类。 检测件有标准化型式或非标准两大类。标准型检测元件是以标准文件设计、制造、安装和使用,无需经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。而非标型检测元件一般尚未列入国际标准中检测元件。差压式流量计也是应用最广泛的一种流量仪表,在各种流量计使用量中占据首位。 主要优点是:(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;(2)应用范围广泛,至今尚无任何一流量计可与之比拟;(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。 主要缺点是:(1)测量精度普遍偏低:(2)范围度窄,一般仅3:1~4:1; (3)现场安装条件要求高;(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。

质量流量计工作原理

质量流量计工作原理 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中,仅测量体积流量是不够的,由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要,还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法,可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量,这种方式又称为推导式;直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1.间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法,一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合,实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 (1)节流式流量计与密度计的组合 由前述知,节流式流量计的差压信号P qρ,如图1所示,密度计 ?正比于2 v 连续测量出流体的密度ρ,将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理,即可求出质量流量为 (1-1)靶式流量计的输出信号与2 qρ也成正比关系,故同样可按上述方法与密度计组合 v 构成质量流量计。密度计可采用同位素、超声波或振动管式等连续测量密度的仪表。 图1 节流式流量计与密度计组合 (2)体积流量计与密度计的组合

如图2所示,容积式流量计或速度式流量计,如涡轮流量计、电磁流量计等, q成正比,这类流量计与密度计组合,通过乘测得的输出信号与流体体积流量 v 法运算,即可求出质量流量为 (1-2)(3)体积流量计与体积流量计的组合 如图3所示,这种质量流量检测装置通常由节流式流量计和容积式流量计或速度式流量计组成,它们的输出信号分别正比于和通过除法运算,即可求出质量流量为 (1-3) 图2体积流量计和密度计组合图3 节流式流量计和其他体积流量计组合除上述几种组合式质量流量计外,在工业上还常采用温度、压力自动补偿式质量流量计。由于流体密度是温度和压力的函数,而连续测量流体的温度和压力要比连续测量流体的密度容易,因此,可以根据已知被测流体密度与温度和压力之间的关系,同时测量流体的体积流量以及温度和压力值,通过运算求得质量流量或自动换算成标准状态下的体积流量。但这种测量方式不适合高压或温度变化范围大的情形,因为在此条件下自动补偿检测出来的温度、压力很困难。 2.直接式质量流量计 直接式质量流量计的输出信号直接反映质量流量,其测量不受流体的温度、压力、密度变化的影响。直接式质量流量计有许多种形式。

质量流量计工作原理精编版

质量流量计工作原理精 编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】

质量流量计工作原理 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中,仅测量体积流量是不够的,由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要,还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法,可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量,这种方式又称为推导式;直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1.间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法,一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合,实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 (1)节流式流量计与密度计的组合 由前述知,节流式流量计的差压信号P qρ,如图1所示,密度计连 ?正比于2 v 续测量出流体的密度ρ,将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理,即可求出质量流量为 (1-1)靶式流量计的输出信号与2 qρ也成正比关系,故同样可按上述方法与密度计组合构 v 成质量流量计。密度计可采用同位素、超声波或振动管式等连续测量密度的仪表。 图1 节流式流量计与密度计组合 (2)体积流量计与密度计的组合 如图2所示,容积式流量计或速度式流量计,如涡轮流量计、电磁流量计等, q成正比,这类流量计与密度计组合,通过乘法运测得的输出信号与流体体积流量 v 算,即可求出质量流量为 (1-2)(3)体积流量计与体积流量计的组合 如图3所示,这种质量流量检测装置通常由节流式流量计和容积式流量计或速度式流量计组成,它们的输出信号分别正比于和通过除法运算,即可求出质量流量为

超声波流量计工作原理及常见问题概述.

超声波流量计工作原理及常见问题概述 一、工作原理 1、概述 超声流量计是一个测量仪表,它利用声学原理来测定流过管道的流体的流速。在气体的测量现场主要的检测元件包括一对或几对超声传感器。这些传感器都安装在管壁上,每一组传感器的表面都彼此具有规定的几何关系。 由一个传感器发射的超声脉冲由同一组内另一个传感器接收,反过来也如此。Q.Sonic-3 采用了一个单反射声道的方案,在对面的管壁处声脉冲有一次反射。此方案使声道的总长度增加,从而能改善分辨率(灵敏度)并拓宽流量计的范围度,如图2-1所示。 图2-1 信号反射路径 2 、流速的测量 超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器,就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时,声脉冲以相同的速度(声速,C)在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V(该流速不等于零),则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些,而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样,顺流传输时间tD 会短些,而逆流传输时间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言;这样就有: L tD = ——————— -------------- (2.1) C + V ? cos 和 L tU = ——————— -------------- (2.2) C — V ? cos 式中,L代表两个传感器之间声道的直线长度,可按下式确定L: L D —— = ———— -------------- (2.3) 2 sin ^ 采用电子学手段来测量此传输时间。根据时间倒数的差,可按下式计算流速V ^ L 1 1 V = ————(—————)-------(2.4)

流量计的分类和工作原理

流量计的分类和工作原 理 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-

流量计的分类和工作原理 一.流量计的分类 按测量原理分有:力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。 按流量计的结构原理进行分类,即分为:容积式流量计、压差式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计。 二.常用流量计的工作原理及应用 1.压差式流量计 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的集合尺寸来计算流量的仪表。 应用:差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几毫米到几米;流动方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。 2.浮子流量计 浮子流量计又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力式由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。 应用:浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、

微流量方面有举足轻重的作用 3.容积式流量计 容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类,它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。 应用:容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计,常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。 4.涡轮流量计 涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪器两部分组成,也可做成整体式。 应用:涡轮流量计在测量石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体获得广泛应用。 5.电磁流量计 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。 应用:电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。

各种流量计工作原理结构图

第一节节流式流量检测 如果在管道中安置一个固定的阻力件,它的中间是一个比管道截面小的孔,当流体流过该阻力件的小孔时,由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低,其结果是在阻力件前后产生一个较大的压力差。它与流量(流速)的大小有关,流量愈大,差压也愈大,因此只要测出差压就可以推算出流量。把流体流过阻力件流束的收缩造成压力变化的过程称节流过程,其中的阻力件称为节流件。 作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管,如图9.1所示。对于标准化的节流件,在设计计算时都有统一标准的规定要求和计算所需的有关数据、图及程序;可直接按照标准制造、安装和使用,不必进行标定。 标准节流装置9.1 图 圆缺喷特殊节流件也称非标准节流件,如双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、1/4嘴等,他们可以利用已有实验数据进行估算,但必须用实验方法单独标定。特殊节流件主要用于特殊;介质或特殊工况条件的流量检测。目前最常见的节流件是标准孔板,所以在以下的讨论中将主要以标 准孔板为例介绍节测式流量检测的原理、设计以及实现方法等。一、检测原理

设稳定流动的流体沿水平管流经节流件,如刚在节流件前后将产生压力和速度的变化,流在截面 1处流体未受节流件影响,所示。9.2,流体静压力为p,束充满管道,管道截面为A11?是经节,流体密度为平均流速为v2。截面11,A流件后流束收缩的最小截面,其截面积为2?。图,流体密度为,平均流速为压力为Pv222中的压力曲线用点划线代表管道中心处静9.2流体的静压力压力,实线代表管壁处静压力。充分地反映和流速在节流件前后的变化情况,流体向中心在节流件前,了能量形式的转换。. 9.2 流体流经节流件时压力和流速变化情况图处,流束截面收缩到最小,流速达到最大,静压力最低。然后流束扩加速,至截面2处。由于涡流区的存在,导致流体能量张,流速逐渐降低,静压力升高,直到截面3?。P不等于原先静压力p,而产生永久的压力损 失损失,因此在截面3处的静压力13p设流体为不可压缩的理想流体,在流经节流件时,流体不 对外作功,和外界没有热 处沿管中心的流线、2能交换,流体本身也没有温度变化,则根据伯努利方程,对于截面1 有以下能量关系:22ppvv10201020???(9-1) ??2221?????。由于流速分布的不均匀,因为是不可压缩流体,则2处平均流速与截面1、21管中心的流速有以下关系:vCv,v?v?C) ( 9-222110120处流速分布不均匀的修正系数。1、2式中C,C为截面2112??v为能 量其损失的能量为,考虑到实际流体有粘性,在流动时必然会产生摩擦力,22损失系数。处的能量关系可写成:在考虑上述因素后,截面1、222?ppCC222102021v?v?v??) (9-3 212??222根据流体的连续性方程,有??vAvA? 9-4)(2211?,(9-2)-A 。/A ,收缩系数联解式=A/。又设节流件的开孔面积为A 定义开口截面比m=A 0210)可得式(9-421??p?pv?9-5)(20210?2222??mC?C?12的位置随流速而变,而实际取压点的位置是固定的;另外实际取2因为流束最小截面 压是在管壁取的,所测得的压力是管壁处的静压力。考虑到上述因素,设实际取压点处取??p

质量流量计基本原理

质量流量计基本原理 质量流量计结构原理 在工业生产过程中,有时需要测量流体的质量流量,如化学反应的物料平衡、热量平衡、配料等,都需要测量流体的质量流量。质量流量是指在单位时间内,流经封闭管道截面处流体的质量。用来测量质量流量的仪表统称为质量流量计。 质量流量计由传感器,变送器及数字指示累积器等三部分组成。传感器根据科里奥利效应制成的,由传感管、电磁驱动器、和电磁检测器三部分组成。电磁驱动器使传感器以其固有频率振动,而流量的导入使u形传感器在科氏力的作用下产生一种扭曲,在它的左右两侧产生一个相位差,根据科里奥利效应,该相位差与质量流量成正比。电磁监测器把该相位差转变为相应的电平信号送入变送器,经滤波、积分、放大等电量处理后。转变成与质量成正比的4-20mA模拟信号和一定范围的频率信号两种形式输出。 质量流量计的测量原理以牛顿第二运动定律为基础 F=ma 式中F-流体作用力;m-被测介质质量;a-加速度。 当流体通过两个平行的测量管时,会产生一个与流速方向横向的加速度及相应的科里奥利力,该力使测量管振荡而发生扭曲,这一扭曲现象被称之为科里奥利现象。 根据牛顿第二运动定律,测量管扭曲量的大小是完全与流经测量管的质量流量的大小成正比的。当流体流过测量管时,流体就会受到科里奥利力的作用,测量管里流体所受科里奥利力的反作用,产生进口和出口的相位差。当流体为零

时,测量管在固有频率下振动,测量管不产生扭曲,流体进口和出口的相位差为零。当有流体流经测量管时进口处管子振动减速,出口处管子振动加速,进口与出口产生相位差。当质量流量增加时该相位差也增加。通过安装于进口和出口测量管上电磁信号检测器可测得相位差。 质量流量计的特点: 对示值不用加以理论的或人工经验的修正; 输出信号仅与质量流量成正比例,而与流量的物性(如温度、压力、粘度、密度雷诺数等)无关; 与环境条件(如温度、湿度、大气压等)无关; 只需检测、处理一个信号(即仪表的输出信号),就可进行远传和控制;只需一个变量对时间进行积分,所以流量的积算简单等等。

质量流量计工作原理

今天我们就来介绍质量流量计工作原理。 质量流量计工作原理:质量流量计是采用感热式测量,通过分体分子带走的分子质量多少从而来测量流量,因为是用感热式测量,所以不会因为气体温度、压力的变化从而影响到测量的结果。质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表,在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用,相信将在推动流量测量上显示出巨大的潜力。质量流量计是不能控制流量的,它只能检测液体或者气体的质量流量,通过模拟电压、电流或者串行通讯输出流量值。但是,质量流量控制器,是可以检测同时又可以进行控制的仪表。质量流量控制器本身除了测量部分,还带有一个电磁调节阀或者压电阀,这样质量流量控制本身构成一个闭环系统,用于控制流体的质量流量。质量流量控制器的设定值可以通过模拟电压、模拟电流,或者计算机、PLC提供。 质量流量计的工作原理和典型结构 科氏力式质量流量计一般由传感器和信号处理系成,而流量传感器又是一种基于科里奥利力效应的谐振式传感器。这种传感器的敏感元件——振动管,是处于谐振状态的空心金属管,又称测量管。科氏力式质量流量传感器的测量管有各种不同的结构形式,按照传感器测量管的数量可将其分为单管型、双管型和连续管型三种结构。单管型结构简单,不存在分流问题,管路清洗方便。一般地说,它对外来振动比较敏感。双管型结构容易实现相位差的测量,可以较好地克服外来振动的影响,并对提高振动系统的Q值有利。目前大多数产品均采用这种结构。但这种结构同时带来的问题是两测量管中流过的流量不可能做到绝对相等,其中的沉积物和磨蚀也不可能绝对一致,从而引起附加误差。而且在两相流工作状态下,难以作到两测量管中流体分布的均匀一致,以致影响振动系统的稳定性。随着单管型结构中测量管系统的振动不平衡问题的解决,单管型结构仍具有一定的发展前景。连续管型是一种特殊形式的单管.它以环绕两圈的单管结构试图集单、双管型的优点于-身。根据测量管的形状,又可分为直管型和弯管型两大类。直管型一般外形尺寸小且不易于积存气体,但由于其振动系统刚度大,谐振频率高,相位差为微秒级,电信号的处理就比较困难。为了不使谐振频率过高,管壁必须较薄,以致其耐磨及抗腐蚀性能较差。弯管型的振

各种流量计工作原理及优缺点讲解

各种流量计工作原理及优缺点讲解 测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表.流量计是工业测量中重要的仪表之一.随着工业生产的发展,对流量测量的准确度和范围的要求越来越高,流量测量技术日新月异.为了适应各种用途,各种类型的流量计相继问世。目前已投入使用的流量计已超过100种。 每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。 按流量计的结构原理进行分类。有容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计。 按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可 分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。

一、按测量原理分类 1.力学原理:属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式;利用动量定理的冲量式、可动管式;利用牛顿第二定律的直接质量式;利用流体动量原理的靶式;利用角动量定理的涡轮式;利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式;利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。 2.电学原理:用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。 3.声学原理:利用声学原理进行流量测量的有超声波式.声学式(冲击波式)等。 4.热学原理:利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。 5.光学原理:激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。 6.原于物理原理:核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表.

流量计的分类和工作原理

流量计的分类和工作原理 一.流量计的分类 按测量原理分有:力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。 按流量计的结构原理进行分类,即分为:容积式流量计、压差式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计。 二.常用流量计的工作原理及应用 1.压差式流量计 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的集合尺寸来计算流量的仪表。 应用:差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几毫米到几米;流动方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。 2.浮子流量计 浮子流量计又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力式由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。 应用:浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用 3.容积式流量计 容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类,它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。 应用:容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计,常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。 4.涡轮流量计 涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪器两部分组成,也可做成整体式。 应用:涡轮流量计在测量石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体获得广泛应用。 5.电磁流量计 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。 应用:电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。 6.涡街流量计 涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。当通过流截面一定时,流速与导容积流量成正比。因此,测量振荡频率即可测得流量。

质量流量计原理:科里奥利力

科里奥利力 科里奥利力(英语:Coriolis force,简称:科氏力)是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。 概述 认识历史 旋转体系中质点的直线运动 科里奥利力是以牛顿力学为基础的。1835年,法国气象学家科里奥利(Gaspard-Gustave Coriolis)提出,为了描述旋转体系的运动,需要在运动方程中引入一个假想的力,这就是科里奥利力。引入科里奥利力之后,人们可以像处理惯性系中的运动方程一样简单地处理旋转体系中的运动方程,大大简化了旋转体系的处理方式。由于人类生活的地球本身就是一个巨大的旋转体系,因而科里奥利力很快在流体运动领域取得了成功的应用。 物理学中的科里奥利力 科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性,在旋转体系中进行直线运动的质点,由于惯性的作用,有沿着原有运动方向继续运动的趋势,但是由于体系本身是旋转的,在经历了一段时间的运动之后,体系中质点的位置会有所变化,而它原有的运动趋势的方向,如果以旋转体系的视角去观察,就会发生一定程度的偏离。

如右图所示,当一个质点相对于惯性系做直线运动时,相对于旋转体系,其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系,我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线,这个力就是科里奥利力。 根据牛顿力学的理论,以旋转体系为参照系,这种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用,这就是科里奥利力。从物理学的角度考虑,科里奥利力与离心力一样,都不是真实存在的力,而是惯性作用在非惯性系内的体现。 科里奥利力的计算公式如下: 式中为科里奥利力;m为质点的质量;为质点的运动速度;为旋转体系的角速度;表示两个向量的外积符号。 科里奥利力与科里奥利加速度的关系 通常,在惯性系中观察到的科里奥利加速度,其中为圆盘转动的角速 度矢量,为质点所具有的径向速度。可见科里奥利加速度的方向与科里奥利力的方向 相反。这是因为,科里奥利加速度是在惯性系中观察到的,由作用力产生;而科里奥利力则是在转动的参考系中观察到的,它产生的加速度是相对于非惯性系而言的。不能认为科里奥利加速度是由科里奥利力产生的[1]。 科里奥利力产生的影响 在地球科学领域 由于自转的存在,地球并非一个惯性系,而是一个转动参照系,因而地面上质点的运动会受到科里奥利力的影响。地球科学领域中的地转偏向力就是科里奥利力在沿地球表面方向的一个分力。地转偏向力有助于解释一些地理现象,如河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害。 傅科摆

质量流量计原理

质量流量计原理 2007-12-24 01:34 第一节概述 目前广泛应用的流量计,无论是差压式、靶式、涡轮、电磁或容积等型式,从原理上看都足测量容积流量的。由于流体的容积大小受其温度、压力等参数的影响,当被测流体的温度、压力坐化时,应把所测量的容积流量换算成标准状态或某一约定状态下的相应值。但事实上当温度、压力频繁变动时,进行及时的换算是很困难的,有时是不可能的。因此,希望用质量流量计来测量质量流量。另外、在实际生产中,由于要对产品进行质量控制、对生产过程中各种物料混合比率进行测定、成本核算以及对生产过程进行自动调节等,也必须了解质量流量。随着工业生产技术的发展和自动化水平的提高,例如实现大型发电机组的全程自启停、对核电站气、液二相流的规定,以及对电厂热力经济性进行更准确的评价等,都使得质量流量测量技术日益重要: 容积流量Q和质量流量M之间的关系是 M=Q (10-1) 或 M=A ( 10-2) 式中----被测流体的密度,kg/m3; A----流体的流通截面(一般为管道的流通截面), m2; ----流通截面A处的平均流速,m/s. 质量流量计分间接式〔推导式〕和直接式两类。根据式(10 -1)测量质量流量的仪表,必须先测量积流量再乘被测流体的密度,通过密度计和乘法器实现,这种仪表称为间接式质量流量计或推导式质量流量计。日前, 密度计由于结构和元件特性的限制,在高温、高压下尚不能运用.只能采用固定的密度数值乘容积流量。众所周知,介质密度随着压力、温度的变化而异,在变动工况下采用固定的密度值将带来较大的质量流量测量误差,故必须进行参数补偿,据此发展了温度、压力补偿式流量计。检测出被测流体的温度、压力,然后按一定的数学模型自动换算出相应的密度值, 得到密度值与容积流量值的乘积便可实现质量流量测量,故称为温度、压力补偿式质量流量计。温度、压力补偿式质量流量计是当前工业上普遍应用的一种推导式质量流量计的特殊形式。 直接检测与质量流量有关的量来反映质量流量大小的流量计称为直接式质量流量计。 研制直接式质量流量计, 目的在于使最后代表质量流量的输出信号与被测介质的压力、温度等参数无关,以解决当介质参数变化范围很大,其密度和温度、压力之间的关系不能看成线性,而采用温度、压力自动补偿方式又很困难和繁琐的问题。这也是在温度、压力自动补偿式质量流星计已得到广泛应用的同时, 还要开展直接式质量流量计研究的理由。 由于对直接式质量流量计需求的迫切性近几年才较强烈, 因此它正处于迅速开发阶段,虽已有多种类型,但由于受原理、结构、维修、寿命及价格等方面的限制,在以用工业中尚未广泛应用。本章重点讲述间接式质量流量计, 直接式质量

流量计工作原理

流量计工作原理 液体涡轮流量计的工作原理 液体涡轮流量计采用涡轮进行测量。它先将流速转换为涡轮的转速,再将转速转换成与流量成正比的电信号。这种流量计用于检测瞬时流量和总的积算流量,其输出信号为频率,易于数字化。 图中感应线圈和*磁铁一起固定在壳体上。当铁磁性涡轮叶片经过磁铁时,磁路的磁阻发生变化,从而产生感应信号。信号经放大器放大和整形,送到计数器或频率计,显示总的积算流量。 同时将脉冲频率经过频率-电压转换以指示瞬时流量。叶轮的转速正比于流量,叶轮的转数正比于流过的总量。 涡轮流量计的输出是频率调制式信号,不仅提高了检测电路的抗干扰性,而且简化了流量检测系统。它的量程比可达10:1,精度在±0.2%以内。惯性小而且尺寸小的涡轮流量计的时间常数可达0.01秒。 液体涡轮流量计广泛应用于石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体等。 SIKA液体涡轮流量计 轮流量计输出信号为脉冲,易于数字化。涡轮流量计压力损失小,叶片能防腐,可以测量粘稠和腐蚀性的介质。 打造生与流速成反比的脉冲旌旗灯号,当流体颠末管道时,涡轮替量计的扭转角速度与流体流速成反比.在管道中心安放一个涡轮,由此,就会引起传感线圈中的磁通更改。 传感线圈将检测到的磁通周期变幻信号送入前置放大器,同时亦将脉冲旌旗灯号送入频率电流转换电路,对旌旗灯号发展放大、整形,使涡轮替量计压制摩擦力矩与流体阻力矩而发生篡改。对涡轮番量计发作驱能源矩, 液体涡轮流量计的叶片,当涡轮流量计叶片切割由壳体内永世磁钢发生发火的磁力线时,流体流速可经过涡轮流量计的窜改角速度失去,将脉冲旌旗灯号转换成模拟电流量,对定然的流体介质粘度,涡轮替量计的转速经过装在机壳外的传感线圈来检测。两端由轴承支撑。从而大要较量争论失掉经由过程管道的流体流量。

涡街流量计工作原理

涡街流量计 涡街产生原理: 涡街流量计是利用流体力学中著名的卡门涡街原理,即在流动的流体中插入一个非流线型断面的柱体 ,流体流动受到影响 ,在一定的雷诺数范围内将在柱体下游,均要产生漩涡分离。当这些漩涡排列成两排、且两例漩涡的间距与同列中两相邻漩涡的间距之比满足下式时,h/l= ,就能得到稳定的交替排列漩涡,这种稳定而规则地排列的涡列称为“卡门涡街”。这个稳定的条件是冯?卡门对于理想涡街研究分析得到的,后来一般把错排稳定的涡街称作“卡门涡街”。这就是卡门涡街流量计的名称由来,如图1所示 图1 卡门涡街示意图 理论和实验的研究都证明,漩涡分离频率,即单位时间内由柱体一侧分离的漩涡数目f 与流体速度V1成正比,与柱体迎流面的宽度d成反比,即: 式中f—漩涡分离频率。 Sr—斯特劳哈尔数(无量纲)。对于一定柱型在一定流量范围内是雷诺数的函数。 V1—漩涡发生体两侧的流速m/s。 d—漩涡发生体迎流宽度mm。 为了计算方便起见 ,可用管道内平均流速 试验可以测定Sr数,其数值与柱体的断面形状、柱体流道的相对尺寸以及流动雷诺数有关。大量的试验表明,对于许多经过适当选择的柱型,由于斯特劳哈尔数在很宽的雷诺数范围内可以看成是常数。一旦柱体和流道的几何尺寸及其形状确定后,f便与平均速度V成为简单的正比关系,因而检测出漩涡的频率 ,便可以测得流速 ,并以此推知其流量。这就是涡街流量计的基本原理。 当流体流动受到一个垂直于流动方向的非流线形柱体的阻碍时,柱体的下游两侧会发生明显的旋涡,成为卡门涡列,涡列的形成与流体雷诺数有关。如图2,漩涡形成示意图,图3卡门涡街示意图。 图2:漩涡形成示意图 图3:卡门涡街

常见流量计的工作原理,南控仪表

常见流量计的工作原理 常用的几种流量计的基础知识和比较;差压流量计(DP)是最普通的流量技术,包括孔板、文丘里管和音速喷嘴。DP流量计可用于测量大多数液体、气体和蒸汽的流速。DP流量计没有移动部分,应用广泛,易于使用。但堵塞后,它会产生压力损失,影响精确度。流量测量的精确度取决于压力表的精确度。 差压流量计(DP) 这是最普通的流量技术,包括孔板、文丘里管和音速喷嘴。DP流量计可用于测量大多数液体、气体和蒸汽的流速。DP流量计没有移动部分,应用广泛,易于使用。但堵塞后,它会产生压力损失,影响精确度。流量测量的精确度取决于压力表的精确度。 容积流量计(PD) PD流量计用于测量液体或气体的体积流速,它将流体引入计量空间内,并计算转动次数。叶轮、齿轮、活塞或孔板等用以分流流体。PD流量计的精确度较高,是测量粘性液体的几种方法之一。但是它也会产生不可恢复的压力误差,以及需装有移动部件。 涡轮流量计 当流体流经涡轮流量计时,流体使转子旋转。转子的旋转速度与流体的速度相关。通过转子感受到的流体平均流速,推导出流量或总量。涡轮流量计可精确地测量洁净的液体和气体。像PD流量计,涡轮流量计也会产生不可恢复的压力误差,也需要移动部件。 电磁流量计 具有传导性的流体在流经电磁场时,通过测量电压可得到流体的速度。电磁流量计没有移动部件,不受流体的影响。在满管时测量导电性液体精确度很高。电磁流量计可用于测量浆状流体的流速。 超声流量计 传播时间法和多普勒效应法是超声流量计常采用的方法,用以测量流体的平均速度。像其他速度测量计一样,是测量体积流量的仪表。它是无阻碍流量计,如果超声变送器安装在管道外测,就无须插入。它适用于几乎所有的液体,包括浆体,精确度高。但管道的污浊会影响精确度。 涡街流量计 涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,游涡的速度与流体的速度成一定比例,从而计算出体积流量。涡街流量计适用与测量液体、气体或蒸汽。它没有移动部件,也没有污垢问题。涡街流量计会产生噪音,而且要求流体具有较高的流速,以产生旋涡。

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