流體在旋轉(zhuǎn)的管內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生一個(gè)力,它是科里奧利在1832年研究輪機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)的,簡稱科氏力。科氏質(zhì)量流量計(jì)即是根據(jù)此原理研發(fā)出的一款質(zhì)量流量計(jì)。
科氏質(zhì)量流量計(jì)適用于各種液體,如腐蝕性、臟污介質(zhì)、懸浮液、兩相液體(液體中含氣體量<10%體積)等??芍苯訙y(cè)量質(zhì)量流量,與被測(cè)介質(zhì)溫度、壓力、密度、黏度變化無關(guān)。
使用之前,我們先來了解下科氏質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)特性,可以幫助我們更好的熟悉和使用產(chǎn)品。
在一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中,流體質(zhì)點(diǎn)作用在測(cè)量管上的科氏力是很小的,這給的測(cè)量帶來很大的困難。為使測(cè)量管產(chǎn)生足夠強(qiáng)的信號(hào),就應(yīng)加大科氏力對(duì)測(cè)量管的作用或在同樣的科氏力的作用下增大測(cè)量管的變形。
從原理上講Fc=2ωVM,在被測(cè)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(yán)重地影響測(cè)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(cè)量管上的靜壓,也增大流量計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失。這些對(duì)流量計(jì)本身和整個(gè)系統(tǒng)都是不利的。
另一方面從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(cè)能力,對(duì)后者性能的提高在此不討論。要想提高科氏力作用在測(cè)量管上的效率,必須在結(jié)構(gòu)形狀上提高測(cè)量管整體的系統(tǒng)彈性,減少鋼性,選用彈性好、性能穩(wěn)定的材料,并準(zhǔn)確選擇系統(tǒng)的振蕩頻率。以達(dá)到同樣的科氏力作用下,測(cè)量管的變形量增加。
一般來說,測(cè)量管的管壁越薄,長度越長,結(jié)構(gòu)形狀的系統(tǒng)彈性越好,作用在管上的科氏力就越明顯。這樣可使測(cè)量管的變形加大,信噪比增加,還可減少外界帶來的干擾。
測(cè)量管上所受的應(yīng)力不要過于集中在一點(diǎn)上,以免造成機(jī)械疲勞。應(yīng)力作用的形式不同,也對(duì)管子的疲勞和測(cè)量靈敏度造成一定的影響。
對(duì)于不同的結(jié)構(gòu),由于其設(shè)計(jì)思路不同,各有特色,但也存在著一些問題,每一種形式均不可能達(dá)到盡善盡美。下面就具體的結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響進(jìn)行簡單分析。
1、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(duì)管子振動(dòng)的影響,同時(shí)提高測(cè)量管耐壓、耐磨性,但會(huì)降低系統(tǒng)彈性,影響測(cè)量的靈敏性。
2、測(cè)量管的形狀
測(cè)量系統(tǒng)彈性的增加,增大了作用于振動(dòng)管系統(tǒng)的科氏力的效應(yīng),但也增大外界機(jī)械噪聲的干擾和儀表體積。測(cè)量管應(yīng)盡量減少急劇彎曲,蕞大可能的增大測(cè)量管內(nèi)徑,這樣可以減少壓力損失。雙測(cè)量管型的信噪比得到增加,流通能力也增加,別普遍采用。
3、制造和安裝
測(cè)量管的形狀在制作過程應(yīng)保證其對(duì)稱性,在雙測(cè)量管結(jié)構(gòu)中應(yīng)保證兩根管的一致性,傳感器的定位要準(zhǔn)確,以減少測(cè)量中由于密度或粘度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。流量質(zhì)量分配的不穩(wěn)定性,給測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性帶來影響。
從原理上講,測(cè)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、粘度無關(guān)。但密度的變化會(huì)帶來附加的慣性力;而粘度的變化時(shí)測(cè)量管的內(nèi)壁附著層不同,產(chǎn)生不同的邊界層效應(yīng)。結(jié)果引起測(cè)量管的質(zhì)量分配不穩(wěn)定,對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度帶來影響。
隨著自動(dòng)化水平的提高,許多生產(chǎn)過程都對(duì)流量測(cè)量提出了新的要求。針對(duì)這些問題,生產(chǎn)廠商也不斷地對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行改善,以提高其產(chǎn)品的性能,增強(qiáng)科氏質(zhì)量流量計(jì)的競爭力。
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