科氏力質(zhì)量流量計的工作原理和典型結(jié)構(gòu)特性
2012-12-15
早期設計的科氏力質(zhì)量流量計的結(jié)構(gòu)如圖2所示。將在由流動流體的管道送入一旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，由安裝在轉(zhuǎn)軸上的扭矩傳感器，來完成質(zhì)量流量的測量。這種流量計只是在試驗室中進行了試制。
在商品化產(chǎn)品設計中，通過測量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生科氏力是不切合實際的，因而均采用使測量管振動的方式替代旋轉(zhuǎn)運動。以此同樣實現(xiàn)科氏力對測量管的作用，并使得測量管在科氏力的作用下產(chǎn)生位移。由于測量管的兩端是固定的，而作用在測量管上各點的力是不同的，所引起的位移也各不相同，因此在測量管上形成一個附加的扭曲。測量這個扭曲的過程在不同點上的相位差，就可得到流過測量管的流體的質(zhì)量流量。
我們常見的測量管的形式有以下幾種：S形測量管、U形測量管、雙J形測量管、B形測量管、單直管形測量管、雙直管形測量管、Ω形測量管、雙環(huán)形測量管等，下面我們分別對其結(jié)構(gòu)作一簡單介紹。
另一方面從結(jié)構(gòu)設計上，就要考慮提高科氏力作用在振動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(jié)構(gòu)形狀上提高測量管整體的系統(tǒng)彈性，減少鋼性，選用彈性好、性能穩(wěn)定的材料，并準確選擇系統(tǒng)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。一般來說，測量管的管壁越薄，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。這樣可使測量管的變形加大，信噪比增加，還可減少外界帶來的干擾。測量管上所受的應力不要過于集中在一點上，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(jié)構(gòu)，由于其設計思路不同，各有特色，但也存在著一些問題，每一種形式均不可能達到盡善盡美。針對這些問題，制造廠商也不斷地對其產(chǎn)品進行改善，以提高其產(chǎn)品的性能，增強其競爭能力。下面就具體的結(jié)構(gòu)對性能的影響進行簡單分析。
1． 測量管的形狀：
測量系統(tǒng)彈性的增加，增大了作用于振動管系統(tǒng)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(nèi)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，也增加了流動時管子的固定質(zhì)量，減少了流體中夾雜氣體時，由于其分布的不均勻引起比重變化對管子振動的影響，同時提高測量管耐壓、耐磨性，但會降低系統(tǒng)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程應保證其對稱性，在雙測量管結(jié)構(gòu)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(jié)果的影響。流量質(zhì)量分配的不穩(wěn)定性，給測量結(jié)果的準確性帶來影響。
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，與流體密度、粘度無關。但密度的變化會帶來附加的慣性力；而粘度的變化時測量管的內(nèi)壁附著層不同，產(chǎn)生不同的邊界層效應。結(jié)果引起測量管的質(zhì)量分配不穩(wěn)定，對測量結(jié)果的準確度帶來影響。
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