摘 要：从科里奥利质量流量计的测量原理入手，归纳其在应用中的特性，总结了一些安装使用注意事项和使用方法。

关键字：质量流量计 科里奥利力 安装 使用

    1 测量原理

    科里奥利质量流量计（以下简称HK-CMF质量流量计）是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。

    如图1所示，当质量为m的质点以速度。在对P轴作角速度v旋转的管道内移动时，质点受到两个方向的加速度及力。

    （1）法向加速度α_r即向心力加速度，其量值等于ω²r，方向朝向P轴；
    （2）切向加速度α_t即科里奥利加速度，其量值等于2ωv，方向与α_r垂直。由于复合运动，在质点的α_t方向上作用着科里奥利F_c=2ωv_m，管道对质点作用着一个反向力-F=-2ωv_m。

    当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度v流动时，任何一段长度△x的管道都将受到一个△F_c的切向科里奥利力，如式（1）^[1]。

    △F_c=2ωvρA△x . . . . . . . . . . （1）

    式中A为管道的流通内截面积。

    由于质量流量计流量

    δ_m=ρvA

    所以

    △F_c=2ωδ_m△x . . . . . . . . . . （2）

    因此，直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥利力就可以测得质量流量，这就是HK-CMF质量流量计的基本原理。

    然而通过旋转运动产生科里奥利力是困难的，目前产品均代之以管道振动产生的即由两断端固定的薄壁测量管，在中点处以测量管谐振或接近谐振的频率（或其高次谐波频率）所激励，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管中点前后两半段产生方向相反的挠曲，用光学或电磁学方法检测挠曲量以求得质量流量。

    又因流体密度会影响测量管的振动频率，而密度与频率有固定的关系，因此HK-CMF质量流量计也可测量流体密度。

    测量管带有Pt1O0的温度电极，测得流体温度，测出的温度用于流量测量的温度补偿，该温度信号与介质温度相对应也可作为输出信号。

    2 重要特性^[1]

    2.1 优点

    （1）HK-CMF质量流量计直接测量质量流量，有很高的测量精确度。
    （2）可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。
    （3）测量管的振动幅度小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件和活动件。
    （4）不受介质流速分布的影响，因而无上下游直管段要求。
    （5）测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值的影响微小。
    （6）可做多参数测量，如同期测量密度。

    2.2 不足

    （1）HK-CMF质量流量计零点不稳定形成零点漂移，影响其精确度的进一步提高，使得许多型号仪表只得采用将总误差分为基本误差和零点稳定度两部分。
    （2）HK-CMF质量流量计不能用于测量低密度介质和低压气体；液体中含气量超过某一限制会显著影响测量值。
    （3）HK-CMF质量流量计对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大部分型号HK-CMF质量流量计的流量传感器安装固定要求较高。
    （4）不能用于较大管径，目前尚局限于150（或200）mm以下。
    （5）测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度，尤其对薄壁管测量管的HK-CMF质量流量计更为显著。
    （6）压力损失较大，与容积式仪表压损相近，有的甚至比容积式仪表的压损大一倍。
    （7）大部分型号HK-CMF质量流量计重量和体积较大。

    3 安装使用注意事项

    （1）流量传感器安装一般要求

    由于测量管形状及结构设计的差异，同一口径相近流量范围不同型号传感器的重量和尺寸差别很大。安装要求亦千差万别，因此必须按照制造厂规定的安装方法和趋避禁止事项，例如有些型号流量传感器直接连接到管道上即可，有些型号却要求设置支撑架或基础。为隔离管道振动影响仪表，有时候传感器与管道之间要介以柔性管连接，而柔性管与传感器之间又要一段有支撑件分别固定的刚性直管。安装时应避免引起湍流的设备，如阀门、三通接头等，避免流体含有气泡，或引起流体汽化。

    安装设计时尽可能使其有长的使用寿命，为除去过早磨损和产生测量误差的固形物和夹杂气体，按流体和管道条件在传感器上游装过滤器或气体分离等保护装置。若希望能在现场在线校准仪表，应考虑引流连接口和阀，以及相应的空间。

    （2）流量传感器安装姿势和位置

    a）垂直安装（最佳安装方式）

    当流体的流向为自下而上时，最好采用垂直安装，这样可使夹带的固体颗粒下沉，气体经测量管上升，测量管内流体会全部排空，保护其不受固体残渣存积的影响，如图2。

    b）水平安装

    正确的安装应使变送器的外壳与工艺管道保持水平，这使在弯曲的测量管里的气体上升，固体颗粒下沉，如图3。水平安装还应注意测量管的安装方式，例如有气体逸出的流体的测量管安装不适宜朝上，如图4；固体颗粒的流体的测量管安装不适宜朝下，如图5。

    c）墙上安装

    传感器不能悬空装在管道上，要用支架固定，以避免仪表和管道连接处产生过大的应力。传感器的固定支架可以是平板式、墙挂式或柱子安装式，而立柱安装式需要一个特殊的安装架。如图6。

    测量管中有气体或夹带气体时，会产生测量误差。因此，HK-CMF质量流量计不能安装在管道的最高点；HK-CMF质量流量计不要直接安装在垂直放空管出口。

    正确的安装方法，常用一块比流量计管路的截面还小的限流孔板，以防止传感器测量时抽空。

    （3）介质温度与安装方向

    HK-CMF质量流量计的变送器一般要求安装的环境温度应在-25℃-60℃之间，常用的安装方向如图7所示。

    （4）截止阀和控制阀的安装

    为使调零时没有流动，HK-CMF质量流量计上下游设置截止阀，并保证无泄漏。控制阀应装在HK-CMF质量流量计下游，HK-CMF质量流量计保持尽可能高的静压，以防止发生气蚀和闪蒸。

    （5）脉动和振动

    为使流程中发生的机械振动和外部的机械振动不影响HK-CMF质量流量计，可根据制造厂所提供HK-CMF质量流量计的共振频率范围，判断现场脉动或振动频率是否接近HK-CMF质量流量计的共振频率。亦可采取下列措施，如：设置脉动衰减器；设置振动衰减器或柔性连接管；特殊的流量传感器的夹装固定设备等等。

    （6）防止HK-CMF质量流量计间相互影响

    同一型号两台HK-CMF质量流量计串联安装，或多台HK-CMF质量流量计接近地并行（或并联）安装，尤其装在同一支撑台架时，测量管振动会使各HK-CMF质量流量计间相互影响，产生干扰而引起异常振动，严重时使仪表无法工作。安装时应采取防范措施，如：拉开流量传感器距离，不设置在同一台架上，独立设置支撑架；流量传感器异方向安装；流量传感器间设置防振材料隔离等方法。

    （7）管道应力和扭曲

    HK-CMF质量流量计法兰与管道法兰连接族紧螺栓时要均匀，不要使HK-CMF质量流量计产生应力（管道两法兰平面不平行所致）。若在布设管道时预接入与HK-CMF质量流量计同样长度的短管，可防止不良布管形成的应力。在使用过程中由于工艺流程压力和温度变化，HK-CMF质量流量计会受到管线轴向力或弯曲/扭曲力。影响测量性能，要做好必要的固定支架。

    （8）强磨蚀性浆液的使用

    测量强磨蚀性浆液最好选用直管单管型并且要使测量管处于垂直位置，以免管壁磨损不匀，缩短使用寿命。然而管壁厚度变薄会降低测量管刚性而改变流量测量值，因此在这种场所的运行初期要定期检测，确认使用周期。

    测量管内壁结垢或漂移沉积也会影响测量精确度，因此要定期清洗。

    （9）零点漂移和调零

    零点漂移来自流量传感器部分，主要原因有：

    1）机械振动的非对称性和衰减；
    2）流体的密度粘度变化。

    影响前者的因素有：

    1）管端固定应力的影响；
    2）振动管刚度的变化；
    3）双管谐振频率不一致性；
    4）管壁材料的内衰减。

    后者影响零位的原因是结构不平衡，因此即使在空管时将双管的谐振频率调整一致，到充满液体时可能产生零漂，同样因粘度引起的振动衰减与频率有关，在流动时亦可能产生零漂。

    最后调零必须在安装现场进行，流量传感器排尽气体，充满待测流体后再关闭传感器上下游阀门，在接近工作温度的条件下调零。安装方面变动或温度大幅度变化时需要重新调整。更换测量介质种类时，为了解校准的测量结果，必须重新调零。

    4 结束语

    HK-CMF质量流量计是一种应用广泛、技术先进的流量仪表，HK-CMF质量流量计的应用对加强控制、计量管理和节能降耗将起非常重要的作用。但因其技术含量高，价格也贵，故在选择、安装和使用时应特别慎重：如果选用不当，可能会得不到所要求的精度，甚至无法测量。特别是HK-CMF质量流量计所能测的最大流量定得很高，在最大流量时压力降和流速都很大，实际上难于承受。另外，对于精度要求不高，又无特殊情况，不宜盲目选用HK-CMF质量流量计。总之，要正确合理地选用HK-CMF质量流量计，使其最大限度地发挥效益。