科氏力質(zhì)量流量計的工作原理和典型結構特性

圖21 雙直管測量原理7． Ω形測量管質(zhì)量流量計

這種流量計的結構如圖22所示，驅動(dòng)器放在直管部分的中間位置，當管中流體以一定速度流動(dòng)時(shí)，由于驅動(dòng)器的振動(dòng)作用，使管子分開(kāi)或靠近。

圖22 Ω形測量管質(zhì)量流量計結構如圖23a，當管子分開(kāi)時(shí)，在振點(diǎn)前的流體中產(chǎn)生的科里奧利力與振動(dòng)力方向相反，減慢管子的運動(dòng)速度；而在振點(diǎn)之后管中流體產(chǎn)生的科氏力與振動(dòng)方向相同，加快管子的運動(dòng)速度。當驅動(dòng)器使管子靠近時(shí)，如圖23b，則產(chǎn)生相反的結果。在A(yíng)、B兩點(diǎn)的傳感器可測的兩處管字運動(dòng)的相位差，由此可得到流過(guò)測管中流體的質(zhì)量流量。

圖23Ω形管質(zhì)量流量計測量原理8． 雙環(huán)形測量管質(zhì)量流量計

這種流量計有一對平行的帶有短直管的螺旋管組成，如圖24所示。在管子的中間位置D裝有驅動(dòng)器，使兩根測量管受到周期性的相反的振動(dòng)，在橢圓螺旋管的兩端，與中間點(diǎn)D等距離位置上，設置兩個(gè)傳感器，測量這兩點(diǎn)的管子間相對運動(dòng)速度，這兩個(gè)相對運動(dòng)速度的相位差與流過(guò)測量管中的流體質(zhì)量流量成正比。

圖24 雙環(huán)形質(zhì)量流量計其工作原理簡(jiǎn)述如下：當測管中流體不流動(dòng)時(shí)，振動(dòng)力使管子產(chǎn)生的變形，在中間點(diǎn)兩邊是一樣的，傳感器處的兩測點(diǎn)上，測得的振動(dòng)位移的相位差為零，當測管中流體流動(dòng)時(shí)，在振幅最大點(diǎn)之前，流體質(zhì)點(diǎn)由于受到科氏力的作用產(chǎn)生一個(gè)與振動(dòng)方向相反的作用力，而在這點(diǎn)之后產(chǎn)生一個(gè)與振動(dòng)方向相同的作用力，由于在同一時(shí)刻兩根測量管所受到的作用力大小相等，方向相反，因此反映在兩傳感器處測點(diǎn)上管子的運動(dòng)速度得到增大或減小，測量這兩點(diǎn)的相位差就可得到通過(guò)測量管流體的質(zhì)量流量。

三、 質(zhì)量流量計結構特性

在一個(gè)測量系統中，流體質(zhì)點(diǎn)作用在測量管上的科氏力是很小的，這給精確的測量帶來(lái)很大的困難。為使測量管產(chǎn)生足夠強的信號，就應加大科氏力對測量管的作用或在同樣的科氏力的作用下增大測量管的變形。ω從原理上講Fc＝2ωVM，在被測流體一定時(shí)，只有加大ω或V，才能提高Fc。實(shí)際中ω的增加，在儀表上就需要提高振動(dòng)頻率和振動(dòng)的振幅。振動(dòng)頻率的提高，嚴重地影響測量管的壽命，而振幅的提高就需提供較大的動(dòng)力。V的增加就是增加流速，這樣即增加了測量管上的靜壓，也增大流量計對整個(gè)系統的壓力損失。這些對流量計本身和整個(gè)系統都是不利的。

另一方面從結構設計上，就要考慮提高科氏力作用在振動(dòng)管上的效率及提高傳感器的檢測能力，對后者性能的提高在此不討論。要想提高科氏力作用在測量管上的效率，必須在結構形狀上提高測量管整體的系統彈性，減少鋼性，選用彈性好、性能穩定的材料，并準確選擇系統的振蕩頻率。以達到同樣的科氏力作用下，測量管的變形量增加。一般來(lái)說(shuō)，測量管的管壁越薄，長(cháng)度越長(cháng)，結構形狀的系統彈性越好，作用在管上的科氏力就越明顯。這樣可使測量管的變形加大，信噪比增加，還可減少外界帶來(lái)的干擾。測量管上所受的應力不要過(guò)于集中在一點(diǎn)上，以免造成機械疲勞。應力作用的形式不同，也對管子的疲勞和測量靈敏度造成一定的影響。對于不同的結構，由于其設計思路不同，各有特色，但也存在著(zhù)一些問(wèn)題，每一種形式均不可能達到盡善盡美。針對這些問(wèn)題，制造廠(chǎng)商也不斷地對其產(chǎn)品進(jìn)行改善，以提高其產(chǎn)品的性能，增強其競爭能力。下面就具體的結構對性能的影響進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

1． 測量管的形狀：
測量系統彈性的增加，增大了作用于振動(dòng)管系統的科氏力的效應，但也增大外界機械噪聲的干擾和儀表體積。測量管應盡量減少急劇彎曲，最大可能的增大測量管內徑，這樣可以減少壓力損失。雙測量管型的信噪比得到增加，流通能力也增加，別普遍采用。

2． 管壁
壁厚增加使管子更具有剛性，也增加了流動(dòng)時(shí)管子的固定質(zhì)量，減少了流體中夾雜氣體時(shí)，由于其分布的不均勻引起比重變化對管子振動(dòng)的影響，同時(shí)提高測量管耐壓、耐磨性，但會(huì )降低系統彈性，影響測量的靈敏性。

3． 制造和安裝
測量管的形狀在制作過(guò)程應保證其對稱(chēng)性，在雙測量管結構中應保證兩根管的一致性，傳感器的定位要準確，以減少測量中由于密度或粘度變化對測量結果的影響。流量質(zhì)量分配的不穩定性，給測量結果的準確性帶來(lái)影響。
從原理上講，測量管所受科氏力的大小只與流體的質(zhì)量流量有關(guān)，與流體密度、粘度無(wú)關(guān)。但密度的變化會(huì )帶來(lái)附加的慣性力；而粘度的變化時(shí)測量管的內壁附著(zhù)層不同，產(chǎn)生不同的邊界層效應。結果引起測量管的質(zhì)量分配不穩定，對測量結果的準確度帶來(lái)影響。(end)