科里奥利质量流量计的结构与原理
在化工生产过程中,对流量、温度、压力的测量是必要的,其中对流量测量的方法有很多。目前测量流量的仪表有节流式流量计,容积式流量计,电磁流量计,超声波流量计等,这些流量计直接测量的是体积流量,而有些工况中需要知道的是质量流量,这就需要通过体积、密度来换算出质量,非常麻烦。而科里奥利流量计是真正意义上直接测出质量流量的流量计。
1 科里奥利质量流量计的结构与原理
1.1 科里奥利质量流量计的结构
质量流量计是由传感器,变送器及数字指示累积器三部分组成。传感器是根据科里奥利效应制成的,由测量管、电磁驱动器、和电磁监测器等三部分组成(图1)。图1使用
图1 质量流量计传感器结构图
1.2 科里奥利质量流量计的原理
1.2.1 质量流量的检测
电磁驱动器使测量管以其固有频率振动,当流体通过两个平行的测量管时,会产生一个与流速方向横向的加速度及相应的科里奥利力,该力使测量管震荡而发生扭曲,这一扭曲现象被称为科里奥利现象。根据牛顿第二运动定律F=ma,测量管扭曲量的大小是与流经测量管的质量流量的大小成正比的。当流体流过测量管时,流体就会受到科里奥利力的作用,测量管里流体所受科里奥力的反作用,产生进口和出口的相位差。当流体流量为零时,测量管在固有频率下振动,测量管不产生扭曲,流体进口和出口的相位差为零,当有流体流经测量管时进口处管子振动减速,出口处管子振动加速,进口与出口产生相位差(图2),当质量流量增加时该相位差也增加,通过安装于进口和出口测量管上电磁信号检测器可测得相位差再把该相位差转变为相应的电平信号送入变送器,经滤波、积分、放大等电量处理后,转变成与质量成正比的4~20mA模拟信号或一定范围的频率信号2种形式输出。
图2 质量流量计中的科里奥利力
1.2.2 密度的测量
按照弹性模数的理论,弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频率成反比。将其理论引入密度的测量。整体质量(测量管和内部介质之和)越大,其振动频率就越小。通过检测已知密度(例如标准状态下的水和空气)的介质流经测量管时的频率,可以得到密度与频率之间的线性关系。然而通过测量振动频率实现其密度的测量。
式中:fR=谐振频率;
mt=测量管质量;
mfl=流体质量;
ρfl=流体密度;
c=常数。
1.2.3 温度的测量
温度测量是通过内置在腔室的Pt100热电阻实现的。
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