科里奧利質(zhì)量流量計

  該流量計是一種直接而精密地測量流體質(zhì)量流量的新穎儀表，以結(jié)構(gòu)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(cè)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(nèi)，使之沿管內(nèi)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量的大小，使用的單位是kg/h。用質(zhì)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(zhì)量是遵循守恒定律的。
   科氏力質(zhì)量流量計的發(fā)明是科技界苦苦求索幾十年的結(jié)果，它不但具有準確性、重復性、穩(wěn)定性，而且在流體通道內(nèi)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(shù)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(zhuǎn)系內(nèi)的質(zhì)點作朝向或者離開旋轉(zhuǎn)中心的運動時，將產(chǎn)生一慣性力。當質(zhì)量為(δm的質(zhì)點以勻速u在一個圍繞旋轉(zhuǎn)軸P以角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)軸向移動時，這個質(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)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(nèi)截面積。由于質(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)顯然是不切合實際的。這也是早期的質(zhì)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(qū)動力是很小的。從而從根本上解決了CMF的結(jié)構(gòu)問題。為CMF的迅速商用化打下了基礎(chǔ)。
    經(jīng)過近二十年的發(fā)展，以科里奧利力為原理而設(shè)計的質(zhì)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(chǎn)生信號相對較大，技術(shù)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(chǎn)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(zhì)量流量計直接測量質(zhì)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(nèi)*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(zhì)所含的濃度。
缺點
科里奧利質(zhì)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(zhì)量流量計不能用于測量低密度介質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會影響測量精確度，尤其對薄壁管測量管的科里奧利質(zhì)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(zhì)量流量計甚至比容積式儀表大100%。
大部分型號科里奧利質(zhì)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(nèi)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(zhì)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(chǔ)上。內(nèi)徑小于10mm的小口徑質(zhì)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?qū)ｉT的基礎(chǔ)。如果在高振動環(huán)境使用，應注意對基礎(chǔ)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(shè)置在各自獨立基礎(chǔ)上。
C為保證使用時流量傳感器內(nèi)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(diào)整。待流量傳感器充滿被測流體后關(guān)閉傳感器下游閥門，在接近工作溫度的條件下調(diào)整流量計的零點。調(diào)整零點時保證下游閥門*關(guān)閉，確認不泄漏流體是非常重要的。如果調(diào)零時閥門存在泄漏，將會給整個測量帶來很大誤差。
②設(shè)置流量和密度校準系數(shù)。正確設(shè)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(guān)系，密度校準系數(shù)代表傳感器在0℃下管內(nèi)為空氣和管內(nèi)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(guān)。
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(guān)，即輸出反常；
d.斷續(xù)地有輸出：斷續(xù)輸出，開始和結(jié)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。