一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量系統(tǒng)包括一臺(tái)傳感器和一臺(tái)用于信號(hào)處理的變送器。Rosemount質(zhì)量流量計(jì)依據(jù)牛頓第二定律:力=質(zhì)量×加速度(F=ma),當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度V在對P軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí),質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)分量的加速度及其力:
- 法向加速度,即向心加速度αr,其量值等于2ωr,朝向P軸;
- 切向角速度αt,即科里奧利加速度,其值等于2ωV,方向與αr垂直。由于復(fù)合運(yùn)動(dòng),在質(zhì)點(diǎn)的αt方向上作用著科里奧利力Fc=2ωVm,管道對質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力-Fc=-2ωVm。
- 當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動(dòng)時(shí),任何一段長度Δx的管道將受到一個(gè)切向科里奧利力ΔFc: ΔFc=2ωVρAΔx(1)式中,A—管道的流通截面積。由于存在關(guān)系式:mq=ρVA,所以:ΔFc =2ωqmΔx (2),因此,直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管中流 動(dòng)流體的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量。
流量管的一端被固定,而另一端是自由的。這一結(jié)構(gòu)可看做一重物懸掛在彈簧上構(gòu)成的重物/彈簧系統(tǒng),一旦被施以一運(yùn)動(dòng),這一重物/彈簧系統(tǒng)將在它的諧振頻率上振動(dòng),這一諧振頻率與重物的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量流量計(jì)的流量管是通過驅(qū)動(dòng)線圈和反饋電路在它的諧振頻率上振動(dòng),振動(dòng)管的諧振頻率與振動(dòng)管的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量有關(guān)。
振動(dòng)管的質(zhì)量由兩部分組成:振動(dòng)管本身的質(zhì)量和振動(dòng)管中介質(zhì)的質(zhì)量。每一臺(tái)傳感器生產(chǎn)好后振動(dòng)管本身的質(zhì)量就確定了,振動(dòng)管中介質(zhì)的質(zhì)量是介質(zhì)密度與振動(dòng)管體積的乘積,而振動(dòng)管的體積對每種口徑的傳感器來說是固定的,因此振動(dòng)頻率直接與密度有相應(yīng)的關(guān)系,那么,對于確定結(jié)構(gòu)和材料的傳感器,介質(zhì)的密度可以通過測量流量管的諧振頻率獲得。
利用流量測量的一對信號(hào)檢測器可獲得代表諧振頻率的信號(hào),一個(gè)溫度傳感器的信號(hào)用于補(bǔ)償溫度變化而引起的流量管鋼性的變化,振動(dòng)周期的測量是通過測量流量管的振動(dòng)周期和溫度獲得,介質(zhì)密度的測量利用了密度與流量管振動(dòng)周期的線性關(guān)系及標(biāo)準(zhǔn)的校定常數(shù)。
科氏質(zhì)量流量傳感器振動(dòng)管測量密度時(shí),管道鋼性、幾何結(jié)構(gòu)和流過流體質(zhì)量共同決定了管道裝置的固有頻率,因而由測量的管道頻率可推出流體密度。變送器用一個(gè)高頻時(shí)鐘來測量振動(dòng)周期的時(shí)間,測量值經(jīng)數(shù)字濾波,對于由操作溫度導(dǎo)致管道鋼性變化,進(jìn)而引起固有頻率的變化進(jìn)行補(bǔ)償后,用傳感器密度標(biāo)定系數(shù)來計(jì)算過程流體密度。
- 不能用于測量密度太低的流體介質(zhì),如低壓氣體;液體 中含氣量超過某一值時(shí)會(huì)顯著地影響測量值,到目前為止還沒有 用CMF成功地測量氣液二相流的實(shí)際例子。
- 對外界振動(dòng)干擾較敏感,為防止管道振動(dòng)的影響,大多 數(shù)CMF的流量傳感器對安裝固定有較高要求。
- 不能用于大管徑流量測量,目前還局限于DN I SO – DN200mm以下。
- 測量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會(huì)影響測量精度,尤其 對薄壁測量管的CMF更為顯著。
- 大部分型號(hào)的CMF有較大的體積和重量,壓力損失也較大。
- 價(jià)格昂貴,約為同n-徑電磁流量計(jì)的2一5倍或更高。 10.1.3科里奧利質(zhì)且流f計(jì)的應(yīng)用 盡管CMF有許多極為可貴的優(yōu)點(diǎn),從側(cè)量原理上看也己比 較完善,但由于這種流量計(jì)真正得到商用化的時(shí)間較短,在應(yīng)用 中目前還存在一些問題和不足之處。近年來,雖然有些問題經(jīng)各制造廠家的不斷努力,已獲得一定程度的解決,但還有許多問題目前還沒法從根本上解決,甚至人們對有些問題的認(rèn)識(shí)還不夠。