?科氏质量流量计是质量流量直接式测量方法的一种流量测量装置，它能够高准确度的直接测量管道内流体的质量流量,而且稳定度高,可靠性好,量程比大, 又适合应用于高粘度流
体，已经受到各方面用户的青睐，成为目前研究最多、最有前途的直接式质量流量测量仪器。
目录
?科氏质量流量计的原理
?科氏质量流量计的结构
?科氏质量流量计的设计介绍
?科氏质量流量计的信号处理
?科氏质量流量计的优点
?科氏质量流量计的应用
科氏质量流量计的原理
?下面结合图1简要地说明科氏质量流量计的工作原理。图1（a）描述了传输流体的直管的运动。直管在力FE的作用下以一定的激励频率发生振荡运动。S1和S2是两个传感器，用于获得测量信号。如图1（b）所示，当管内的液体开始流动时，在科氏力FC的作用下，直管也会产生一个振荡，且该振荡和流过的质量流量成正比。通过传感器检测管子的合成振动就可以得到流体的质量流量。
科氏质量流量计的结构
?图2为典型的科氏质量流量计的装置。该装置有两只测量管、传感器、激励器组成。
图2中没有展示的是科氏质量流量计的另外两个组成部分外壳和用于信号处理、供电、输入输出控制的电子设施。一般商用的科氏质量流量计采用磁铁和线圈来提供驱动力以产生振动。其振幅很小，往往只有几十毫米。为了减小外部干扰，系统使用两根反向振动的管子来平衡，或者是在一根管子上加装特殊的平衡系统。由于管子的振幅很小，所以测量装置对外部干扰非常敏感。为了减少环境的影响和稳定零点的健壮测量，测量系统必须有准确的平衡。
平衡系统越好则测量系统与环境干扰的解耦也越佳。如果没有足够的平衡系统，内部的振动可能会传递到环境中去，并导致测量的不稳定。
科氏质量流量计的设计介绍
?双管式科氏质量流量计采用结构对称的两根管子。两根管子弯成U型，流体平均地流入两平行的管子内。两个管在驱动力的作用下反相振动。为了减少能量损失，管子在谐振频率下工作。两根管子对称设计，不受流体密度、速度、温度以及压力的影响。这样的对称设计可使测量系统和外部干扰实现良好的解耦。
单管式的和双管式的相比更紧凑，更易于清洁，并且流体的压力损失也比双管的要小。
不过单管式的需要另外设置特殊的平衡系统，这也在无形中增加了其复杂度和成本。总的来说，单管式的有两种设计。第一种设计是将管子弯成两个圈，这和双管式的非常类似，只不过其是串联的而双管式的是并联的。这种弯曲的设计带来的好处是更宽的温度范围。但这种设计的缺陷是排水不易。另一种单管式的设计是直管式的。这种设计更易于清洗且能适应各种流体密度。
在双管式和单管式之间，还有一个折中的设计是双直管式。其两个管子的设计自然地提供了平衡而不需要额外添加平衡机构，从而降低了成本也减轻了仪器的重量。和单直管类似，双直管结构紧凑且易于清洗。不过由于分流的影响，流体的压力损失比较大。
科氏质量流量计的信号处理
?科氏质量流量计的驱动电路产生特定驱动脉冲让管子以一定的幅度振动。当流体的性质发生改变时，驱动电路必须能快速响应。比如当流体中混入气泡时，阻尼会迅速增加，这要求系统迅速提供更多的激励能量，以保证振荡幅度平稳。激励频率要和系统的谐振频率一致，这要求驱动电路不仅能控制振荡幅度，还要能控制振荡频率。科氏质量流量计的动态响应性能在一些应用如快速控制操作、周期流量波动、快速批灌是十分重要的因素。
传感器获得的是微弱的正弦信号，其在进一步的信息处理前需要进行放大。所用到的放大器要有很大的带宽以减小额外的零点误差。在科氏质量流量计的相位差测量中。幅值比测量法和时间差的直接测量法，主要是依靠模拟电路来实现，可称为模拟式的。模拟电路的稳定性较差。易受环境温度等因素的影响，最终影响到其计量精度。采用傅里叶变换算法，辅以锁相环技术，使用双通道高速高精度的A／D芯片对两路传感器信号同步采样后．以数字信号处理器DSP为运算核心，实时精确地计算出两路信号的相位差和频率，从而得到流体的质量流量和密度等信息，实现了从模拟式到数字式的转变。与传统的模拟式的相比．减少了模拟电路对相位差测量的影响。采用傅里叶算法把信号从时域变换到频域进行频谱分析，可以对信号更加准确、有效、快速地分析与处理，有效地抑制了高次谐波和噪声的干扰，提高了相位差和频率的测量精度，进而提高了科氏质量流量计的计量精度。
科氏质量流量计的优点
?1)其抗腐蚀,抗污,防爆,耐磨等问题已经满意地得到解决,因此可以测量范围广泛的介质,如油品,化工介质,造纸黑液,浆体,气体,固体颗粒的流体以及高粘度的物体.
2)管道内无障碍物,无可动部件,故障因素少,便于清洗,维护和保养.
3) 安装简便, 各种尺寸的传感器管子的进出口方向可随意调动安装: 调整, 使用方便,
不必配置进出口的直管段.
4)能较容易地测量多相流体.
5)多参数测量,在测量质量流量的同时,可以同时获取体积流量,温度及密度等;对于影
响量,如压力,温度,密度和粘度以及流速分布等不敏感.
科氏质量流量计的应用
?近十几年来，人们对科氏质量流量计的兴趣在稳步增加。科氏质量流量计在食品、饮料、化工、制药、石油、天然气等行业获得了广泛的应用。随着人们的关注，科氏质量流量计的性能也在不断地发展。其最大的优点是能够直接地测量质量流量，而其他的仪器只能测量体积流量。科氏质量流量计的高精度、宽量程、重复性也是其在工业领域中获得广泛地应用和快速地发展的进一步原因。
科氏力质量流量计Coriolis flowmeters
Classification: Advanced Customer training 01/8/2010 Li jugang Slide 1
测量原理Measuring principle
FC010BPEA
本模块的学习目标
Objective of this learning module
参加人员能够理解： The participant understands… 这项技术的历史 …the history of the technology. 科氏力质量流量计的物理原理 …the physical principle of a Coriolis mass flowmeter. 科氏力流量计所能测量的过程参量 …what process values can be measured by a Coriolis flowmeter.
Classification: Advanced Customer training 01/08/2010 Li jugang Slide 2
科氏力流量计的一般设计 …the general design of a Coriolis flowmeter. 科氏力流量计的优点和局限 …the advantages and limitations of a Coriolis flowmeter.
FC010BPEA
科氏力流量计的历史 History of Coriolis flowmeters 1835年科里奥利（数学家）首次描述了科氏力的效应。 1835 – Gaspard Gustave de Coriolis (1792 – 1843) describes the Coriolis effect. 1851年费科通过科氏力效应演示了地球的自转-费科单摆 1851 – Jean Bernard Léon Foucault (1819 – 1868) demonstrates the earth rotation using the Coriolis effect (Foucault’s pendulum). 1977年Micromotion公司生产全球首台工业应用的科氏力流量计 1977 – MicroMotion Inc. introduces the first industrial Coriolis mass flowmeter. 1984年E+H公司生产了世界上第一台直管型科氏力流量计 1984 – Endress+Hauser Flowtec starts producing m-point, the first straight tube Coriolis flowmeter. 1994年E+H公司生产Promass系列产品。 1994 – Endress+Hauser introduces the Promass series.
Classification: Advanced Customer training 01/08/2010 Li jugang Slide 3
科里奥利质量流量计 科里奥利质量流量计（Coriolis Mass Flowmeter）简称科氏力流量计，是利用流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理测量的。由于它实现了真正意义上的高精度的直接流量测量，具有抗磨损、抗腐蚀、可测量多种介质及多个参数等诸多优点，现已在石油化工、制药、食品及其他工业过程中广泛应用。 科氏力质量流量计计量准确、稳定、可靠，在需要对流体进行精确计量或控制的场合选用较多，但其售价较高，在不需要精确计量及控制的场合一般选用其他质量流量计代替。科氏力质量流量计对于液体和气体都可选用，但是在现场应用中，氢气流量的精确测量一般都选用热式质量流量计。 在我国，艾默生高准公司的科里奥利质量流量计已在兰州石化、安庆石化、新疆塔河油田、中国海洋石油等中低压天然气中的流量计量得到良好的应用。2007年末，高准公司的科里奥利质量流量计，顺利通过了中国最权威的原油大流量计量站成都天然气流量分站（CVB）的天然气实流测试，测量精度达到0.5％，并具有良好的重复性。 1 科里奥利质量流量计的工作原理 科氏力流量计由传感器和变送器两大部分组成。其中传感器用于流量信号的检测，主要由分流器、测量管、驱动、检测线圈和驱动、检测磁钢构成，如图1所示。 变送器用于传感器的驱动和流量检测信号的转换、运算及流量显示、信号输出，变送器主要有电源、驱动、检测、显示等部分电路组成。所有流量计都必须人为地建立一个旋转体系，以双“U”型测量管传感器为例，用电磁驱动的方法使“U”型测量管的回弯部分作周期性的微小振动。这相当于使“U”型管绕一个固定轴（OO 轴）作周期性时上时下的旋转，其旋转方向周期性的变化，像钟摆一样运动。“U”型管的出入口段被固定，这样就建立一个以“U”形管出入口段为固定轴的旋转体系。传感器力学分析如图2所示。
科氏力质量流量计的工作原理和典型结构特性 中国计量研究院流量室李旭 一、工作原理 如图一所示，截取一根支管，流体在其内以速度V从A流向B，将此管置于以角速度ω旋转的系统中。设旋转轴为X，与管的交点为O，由于管内流体质点在轴向以速度V、在径向以角速度ω运动，此时流体质点受到一个切向科氏力Fc。这个力作用在测量管上，在O点两边方向相反，大小相同，为： δFc ＝ 2ωVδm 因此，直接或间接测量在旋转管道中流动的流体所产生的科氏力就可以测得质量流量。这就是科里奥利质量流量计的基本原理。 图1 科里奥利力的形成图2 早期科氏力质量流量计 二、结构 早期设计的科氏力质量流量计的结构如图2所示。将在由流动流体的管道送入一旋转系统中，由安装在转轴上的扭矩传感器，来完成质量流量的测量。这种流量计只是在试验室中进行了试制。 在商品化产品设计中，通过测量系统旋转产生科氏力是不切合实际的，因而均采用使测量管振动的方式替代旋转运动。以此同样实现科氏力对测量管的作用，并使得测量管在科氏力的作用下产生位移。由于测量管的两端是固定的，而作用在测量管上各点的力是不同的，所引起的位移也各不相同，因此在测量管上形成一个附加的扭曲。测量这个扭曲的过程在不同点上的相位差，就可得到流过测量管的流体的质量流量。 我们常见的测量管的形式有以下几种：S形测量管、U形测量管、双J形测
量管、B形测量管、单直管形测量管、双直管形测量管、Ω形测量管、双环形测量管等，下面我们分别对其结构作一简单介绍。 1． S形测量管质量流量计 如图3所示，这种流量计的测量系统由两根平行的S形测量管、驱动器和传感器组成。管的两端固定，管的中心部位装有驱动器，使管子振动。在测量管对称位置上装有传感器，在这两点上测量振动管之间的相对位移。质量流量与这两点测得的振荡频率的相位差成正比。 图3 S形质量流量计结构 这种质量流量计的工作原理及工作过程，如图4所示。 图4 无流动时位移传感器的输出 当测量管中流体不流动时，两根测量管在驱动力作用下（作用在每根管子上的力大小相等、方向相反）作对称的等振幅运动。由于管子两端是固定的，在管子中间振幅最大，到两端逐渐减为零。这时在两个传感器上测得的相位如图4B 所示，由图中可以看出，两传感器测得的相位差为零。当测量管内流体以速度V 流动时，流体中任意值点的流速，可认为是两个分流速的合成：水平方向Vx及垂直方向Vy（与振动方向相同）。在恒定流条件下，流体沿水平方向的流速Vx 保持恒定。从图5中可以看出，管子的进、出口处振幅为零，流体质点垂直移动 速度Vx为零；
质量流量计工作原理的学习 质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的T型振管，中部装有驱动线圈，两端装有拾振线圈，质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量，还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。质量流量计是一种重要的流量测量仪表。质量流量计是采用感热式测量。 流体的体积是流体温度和压力的函数，它是一个因变量，而流体的质量是一个不随时间、空间温度、压力的变化而变化的量。如前所述，常用的流量计中，如孔板流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、转子流量计、超声波流量计和椭圆齿轮流量计等的流量测量值是流体的体积流量。在科学研究、生产过程控制、质量管理、经济核算和贸易交接等活动中所涉及的流体量一般多为质量。采用上述流量计仅仅测得流体的体积流量往往不能满足人们的要求，通常还需要设法获得流体的质量流量。以前只能在测量流体的温度、压力、密度和体积等参数后，通过修正、换算和补偿等方法间接地得到流体的质量。这种测量方法，中间环节多，质量流量测量的准确度难以得到保证和提高。随着现代科学技术的发展，相继出现了一些直接测量质量流量的计量方法和装置，从而推动了流量测量技术的进步。 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中，仅测量体积流量是不够的，由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要，还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法，可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式；直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1．间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法，一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合，实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 （1）节流式流量计与密度计的组合 由前述知，节流式流量计的差压信号P ?正比于2 qρ，如图1所示，密度计 v 连续测量出流体的密度ρ，将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理，即可求出质量流量为
标 题： 科里奥利质量流量计工作原理和基本结构 说明：众所周知，当一个位于旋转系内的质点作朝向或者离开旋转中心的运动时，将产生一惯性力。如 图6-1所示，当质量为(δm的质点以匀速u在一个围绕旋转轴P以角速度ω旋转的管道内轴向移动时，这个质点将获得两个加速度分量： (1)法向加速度a r （向心加速度)，其值等于ω2r，方向指向P轴。 (2)切向加速度a t (科里奥利加速度)，其值等于2ωu，方向与a r 垂直，正方向符合右手定则，如图6-1所示。 为了使质点具有科里奥利加速度a t ，需在a t 的方向上加一个大小等于2ωuδm的力，这个力来自 管道壁面。反作用于管道壁面上的力就是流体施加在管道上的科里奥利力F c 。 方向与α t 相反。 从图6-1可以看出，当密度为ρ的流体以恒定流速u沿图6-1所示的旋转管流动时，任一段长度ΔX的管道都将受到一个大小为ΔF e的切向科里奥利力： 式中，A为管道内截面积。由于质量流量q m =ρuA，因此： 基于上式，只要能直接或者间接地测量出在旋转管道中流动的流体作用于管道上的科里奥利力，就可以测得流体通过管道的质量流量。 在过程工业应用中，要使流体通过的管道围绕P轴以角速度ω旋转显然是不切合实际的。这也是早期的质量流量计始终未能走出实验室的根本原因。经过几十年的探索，人们终于发现，使管道
绕P轴以一定频率上下振动，也能使管道受到科里奥利力的作用。而且，当充满流体的管道以等于或接近于其自振频率振动时，维持管道振动所需的驱动力是很小的。从而从根本上解决了CMF 的结构问题。为CMF的迅速商用化打下了基础。 经过近二十年的发展，以科里奥利力为原理而设计的质量流量计已有多种形式。根据检测管的形状来分，大体上可以归纳为四类，即：直管型和弯管型；单管型和多管型(一般为双管型)。 弯管型检测管的仪表管道刚度低，自振频率也低，可以采用较厚的管壁，仪表耐磨、耐腐蚀性能较好，但易存积气体和残渣引起附加误差。直管型仪表不易存积气体，流量传感器尺寸小，重量轻。但自振频率高，为使自振频率不至于太高，往往管壁做得较薄，易受磨损和腐蚀。单管型仪 表不分流，测量管中流量处处相等，对稳定零点有好外，也便于清洗，但易受外界振动的干扰，仅见于早期的产品和一些小口径仪表。双管型仪表由于实现了两管相位差的测量，可降低外界振动干扰的影响。 科氏力质量流量计的性能特点： 与传统的流量测量方式相比，该流量计具体优点有如下几个方面: 直接测量管道内流体的质量流量 测量准确度高、重复性好，可在较大量程比范围内，对流体质量流量实现高准确度直接测量。 计量的准确度高 该流量计的质量流量测量准确度是0.2级；同时，它还能准确地测出流体介质的温度和密度。 工作稳定可靠 流量计管道内部无障碍物和活动部件，因而可靠性高、寿命长、维修量小；使用方便、安全。 适应的流体介质面宽 除一般粘度的均匀流体外，还可测量高粘度、非牛顿型流体；不仅可以测量单一溶液的流体参数，还可以测量混合较均匀的多相流；无论介质是层流还是紊流，都不影响其测量准确度。 广泛的应用领域 可在石油化工、制药、造纸、食品、能源等多种领域实施计量和监控。 防腐性能好 能适用各种常见的腐蚀性流体介质。 多种实时在线测控功能 除质量流量外，还可直接测量流体的密度和温度。智能化的流量变送器，可提供多种参数的显示和控制功能，是一种集多功能为一体的流量测控仪表。 可扩展性好 公司可根据用户需要,专门设计和制造特殊规格型号和特殊功能的质量流量计；还可进行远程监控操作等。 两相分离计量的另一种形式的计量设备由两相分离器、质量流量计和气体流量计组成。质量流量计测量分离出的液量，并计算出其中的含水率，从而测量出油井的油、气、水产量。这种计算装置投资较少、操作简便，在我国油田中获得了较多的应用。 由这一段话可以看出液体和气体的计量是有区别的。 点击下面的文字可以看清楚的。
质量流量计介绍 目前广泛应用的流量计，无论是差压式、靶式、涡轮、电磁或容积等型式，从原理上看都足测量容积流量的。由于流体的容积大小受其温度、压力等参数的影响，当被测流体的温度、压力坐化时，应把所测量的容积流量换算成标准状态或某一约定状态下的相应值。但事实上当温度、压力频繁变动时，进行及时的换算是很困难的，有时是不可能的。因此，希望用质量流量计来测量质量流量。另外、在实际生产中，由于要对产品进行质量控制、对生产过程中各种物料混合比率进行测定、成本核算以及对生产过程进行自动调节等，也必须了解质量流量。随着工业生产技术的发展和自动化水平的提高，例如实现大型发电机组的全程自启停、对核电站气、液二相流的规定，以及对电厂热力经济性进行更准确的评价等，都使得质量流量测量技术日益重要: 容积流量Q和质量流量M之间的关系是
M=Q (10-1) 或M=A (10-2) 式中----被测流体的密度，kg／m3; A----流体的流通截面(一般为管道的流通截面), m2; ----流通截面A处的平均流速，m／s. 质量流量计分间接式〔推导式〕和直接式两类。根据式(10 -1)测量质量流量的仪表，必须先测量积流量再乘被测流体的密度，通过密度计和乘法器实现，这种仪表称为间接式质量流量计或推导式质量流量计。日前, 密度计由于结构和元件特性的限制，在高温、高压下尚不能运用．只能采用固定的密度数值乘容积流量。众所周知，介质密度随着压力、温度的变化而异,在变动工况下采用固定的密度值将带来较大的质量流量测量误差，故必须进行参数补偿，据此发展了温度、压力补偿式流量计。检测出被测流体的温度、压力，然后按一定的数学模型自动换算出相应的密度值, 得到密度值与容积流量值的乘积便可实现质量流量测量，故称为温度、压力补偿式质量流量计。温度、压力补偿式质量流量计是当前工业上普遍应用的一种推导式质量流量计的特殊形式。 直接检测与质量流量有关的量来反映质量流量大小的流量计称为直接式质量流量计。 研制直接式质量流量计, 目的在于使最后代表质量流量的输出信号与被测介质的压力、温度等参数无关，以解决当介质参数变化围很大，其密度和温度、压力
今天我们就来介绍质量流量计工作原理。 质量流量计工作原理：质量流量计是采用感热式测量，通过分体分子带走的分子质量多少从而来测量流量，因为是用感热式测量，所以不会因为气体温度、压力的变化从而影响到测量的结果。质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用，相信将在推动流量测量上显示出巨大的潜力。质量流量计是不能控制流量的，它只能检测液体或者气体的质量流量，通过模拟电压、电流或者串行通讯输出流量值。但是，质量流量控制器，是可以检测同时又可以进行控制的仪表。质量流量控制器本身除了测量部分，还带有一个电磁调节阀或者压电阀，这样质量流量控制本身构成一个闭环系统，用于控制流体的质量流量。质量流量控制器的设定值可以通过模拟电压、模拟电流，或者计算机、PLC提供。 质量流量计的工作原理和典型结构 科氏力式质量流量计一般由传感器和信号处理系成，而流量传感器又是一种基于科里奥利力效应的谐振式传感器。这种传感器的敏感元件——振动管，是处于谐振状态的空心金属管，又称测量管。科氏力式质量流量传感器的测量管有各种不同的结构形式，按照传感器测量管的数量可将其分为单管型、双管型和连续管型三种结构。单管型结构简单，不存在分流问题，管路清洗方便。一般地说，它对外来振动比较敏感。双管型结构容易实现相位差的测量，可以较好地克服外来振动的影响，并对提高振动系统的Q值有利。目前大多数产品均采用这种结构。但这种结构同时带来的问题是两测量管中流过的流量不可能做到绝对相等，其中的沉积物和磨蚀也不可能绝对一致，从而引起附加误差。而且在两相流工作状态下，难以作到两测量管中流体分布的均匀一致，以致影响振动系统的稳定性。随着单管型结构中测量管系统的振动不平衡问题的解决，单管型结构仍具有一定的发展前景。连续管型是一种特殊形式的单管．它以环绕两圈的单管结构试图集单、双管型的优点于-身。根据测量管的形状，又可分为直管型和弯管型两大类。直管型一般外形尺寸小且不易于积存气体，但由于其振动系统刚度大，谐振频率高，相位差为微秒级，电信号的处理就比较困难。为了不使谐振频率过高，管壁必须较薄，以致其耐磨及抗腐蚀性能较差。弯管型的振动
质量流量计工作原理 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中，仅测量体积流量是不够的，由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要，还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法，可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式；直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1．间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法，一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合，实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 （1）节流式流量计与密度计的组合 由前述知，节流式流量计的差压信号P qρ，如图1所示，密度计 ?正比于2 v 连续测量出流体的密度ρ，将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理，即可求出质量流量为 （1-1）靶式流量计的输出信号与2 qρ也成正比关系，故同样可按上述方法与密度计组合 v 构成质量流量计。密度计可采用同位素、超声波或振动管式等连续测量密度的仪表。 图1 节流式流量计与密度计组合 （2）体积流量计与密度计的组合
如图2所示，容积式流量计或速度式流量计，如涡轮流量计、电磁流量计等， q成正比，这类流量计与密度计组合，通过乘测得的输出信号与流体体积流量 v 法运算，即可求出质量流量为 （1-2）（3）体积流量计与体积流量计的组合 如图3所示，这种质量流量检测装置通常由节流式流量计和容积式流量计或速度式流量计组成，它们的输出信号分别正比于和通过除法运算，即可求出质量流量为 （1-3） 图2体积流量计和密度计组合图3 节流式流量计和其他体积流量计组合除上述几种组合式质量流量计外，在工业上还常采用温度、压力自动补偿式质量流量计。由于流体密度是温度和压力的函数，而连续测量流体的温度和压力要比连续测量流体的密度容易，因此，可以根据已知被测流体密度与温度和压力之间的关系，同时测量流体的体积流量以及温度和压力值，通过运算求得质量流量或自动换算成标准状态下的体积流量。但这种测量方式不适合高压或温度变化范围大的情形，因为在此条件下自动补偿检测出来的温度、压力很困难。 2．直接式质量流量计 直接式质量流量计的输出信号直接反映质量流量，其测量不受流体的温度、压力、密度变化的影响。直接式质量流量计有许多种形式。
科氏质量流量计 传 感 器 使用说明书 ２００３年８月 １．０版 四川中测科技发展有限公司
科氏质量流量计 传 感 器 公司所在地：四川省成都市玉双路１０号 电 话：８６－２８－８４４０－３７３６，８４４０－４０９５（市场部） 传 真：８６－２８－８４４０－４９２６，８４４０－４０９５（市场部） 邮 编：６１００２１ 网 址：ｗｗｗ．ｎｉｍｔｔ－ｋｊ．ｃｏｍ 电 子邮 件：Ｔｅｃｈ＠ｎｉｍｔｔ－ｋｊ．ｃｏｍ 四川中测科技发展有限公司版权所有，２００３年８月 注册商标
目录 １． 概述 １．１ 简介………………………………………………………………．４ １．２ 工作原理…………………………………………………………．４ １．３ 特点………………………………………………………………．４ １．４ 技术规格…………………………………………………………．５ ２．传感器的安装 ２．１ 传感器安装位置的选择…………………………………………．７ ２．２ 传感器安装方式的选择…………………………………………．７ ２．３ 传感器安装示意图………………………………………………．９ ２．４ 传感器安装过程中其它注意事项………………………………．１０ ２．５ 减振的具体办法…………………………………………………．１１ ２．６ 传感器管道的清洁………………………………………………．１１ ３． 传感器与变送器的连接 ３．１ 传感器与变送器的连接方式……………………………………．１２ ３．２ 接线端子盒接线…………………………………………………．１２ ３．３ 电气接线的具体要求……………………………………………．１３ ４．传感器的工作 ４．１ 电源………………………………………………………………．１５ ４．２ 调零………………………………………………………………．１５ ５．保养维修 ５．１ 保养………………………………………………………………．１６ ５．２ 维修………………………………………………………………．１６ ６．包装及附件 ６．１包装………………………………………………………………．１７ ６．２附件………………………………………………………………．１７ 附录Ⅰ 传感器安装尺寸图…………………………………………．．１８ 附录Ⅱ 质量流量系数和密度系数…………………………………．．２１ 附录Ⅲ 电缆准备说明………………………………………………．．２２
科里奥利质量流量计 第一节概论 科里奥利质量流量计（以下简称CMF）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。 基于科里奥利原理的流量仪表的开发始于20世纪50年代初，但直到70年代中期，由美国高准（MicroMotion）公司首先推向市场。到80年代中后期各国仪表厂相继开发，迄1995年世界已有40家以上仪表制造厂推出各种结构的CMF。到1995 年世界范围CMF装用量估计在18万?20万台之间，1995年销售量估计在4万?4.5万台之间。 我国CMF的应用起步较晚，从80年代中期引进成套装置附带进口少量仪表开始，到技术改造所需单台进口一定数量，迄1997年估计装用量在3500~4500台之间。1997年我国已有4家制造厂自行开发CMF供应社会，如太行仪表厂已有完整的IZL系列；还有几家制造厂组建合资企业或引进国外技术生产系列仪表 第二节原理和结构 如图1所示，当质量为m的质点以速度u在对p轴作角速度①旋转的管道内移动时，质点受到两个分量的加速度及其力。 1）、法向加速度即向心力加速度a，其量值等于/r,方向朝向P轴； 2）、切向加速度a即科里奥利加速度，其量值等于2? u方向与a垂直。由于复合运动，在质点的a方向上作用着科里奥利F c=2?叫管道对质点作用着一个反向力-F c= -2 。 当密度为p的流体在旋转管道中以恒定速度u流动时，任何一段长度Ax的管道都将受到一个4F的切向科里奥利力。 式中A――管道的流通内截面积。由于质量 流量计流量即为3 m，S m= p 所以 (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的得质量流量，这就是 CMF勺基本原理。 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 CMF也 可测量流体密度。 CMF由流量传感器和转换器（或流量计算机）两部分组成，。图2为流量传感器 一列一例，主要有由测量管及其支撑固定桥架、测量管振动激励系统中的驱动线圈A、检
科氏质量流量计简述 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院王帅 1.科氏质量流量计的意义 质量流量测量技术发展的重点是质量流量直接式测量方法，以提高测量准确度，实现对各种介质在复杂环境条件下的高准确度、高可靠的测量。在质量流量直接式测量方法中，科里奥利质量流量计已经受到各方面用户的青睐。这是因为它能够高准确度的直接测量管道内流体的质量流量，而且稳定度高，可靠性好，量程比大，又适合应用于高粘度流体。 2.科氏质量流量计的原理 科氏流量计（Coriolis MassFlowmeter,CMF） 是基于科里奥利力的原理而设计的。流体流过测量 管时，如果测量管以某一频率振动，则振动的测量 管相当于一个匀速转动的参考系，由于流体与测量 管具有相对运动，所以会受到科里奥利力的作用， 如图1所示。这个力作用在测量管的两边上方向是 相反的，使测量管发生扭曲，流体的质量流量与这个扭转角是成正比的，因此只要测出这个扭转角，就可以得到流体的质量流量。二次仪表就是通过适当的测量电路和处理方法设计，测得扭转角并由此得出流体质量等参数[1]。 科氏流量计由一次仪表和二次仪表组成，其中一次仪表包括测量管、传感器和激振器，二次仪表则是一次仪表输出信号的处理系统[2] （如图2）。目前市场上科氏流量计的种类很多。 从一次仪表的结构来看，有直管、U形管、S 形管、Ω形管、双梯形管、螺旋形管、Δ形管 等（如图3所示）。每一种形状的测量管又有单 管、双管和多管之分。每一种管形的适用场合、 测量精度及价格水平各不相同。用户可以从安 装环境、清洗方式及对压力损失的要求等方面 作出选择[3] 。 图3科氏质量流量计的部分管型 科里奥利质量流量计具有其它流量计无可比拟的优点[4]： （1）其抗腐蚀、抗污、防爆、耐磨等问题已经满意地得到解决，因此可以测量范围广泛的介质，如油品、化工介质、造纸黑液、浆体、气体、固体颗粒的流体以及高粘度的物体。 （2）管道内无障碍物，无可动部件，故障因素少，便于清洗、维护和保养。 （3）安装简便，各种尺寸的传感器管子的进出口方向可随意调动安装：调整、使用方便，不必配置进出口的直管段。 （4 ）能较容易地测量多相流体。 图2双U 形管的科氏质量流量计原理 图1科氏流量计测量管受力原理图
质量流量计工作原理精 编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
质量流量计工作原理 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中，仅测量体积流量是不够的，由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要，还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法，可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式；直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1．间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法，一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合，实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 （1）节流式流量计与密度计的组合 由前述知，节流式流量计的差压信号P qρ，如图1所示，密度计连 ?正比于2 v 续测量出流体的密度ρ，将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理，即可求出质量流量为 （1-1）靶式流量计的输出信号与2 qρ也成正比关系，故同样可按上述方法与密度计组合构 v 成质量流量计。密度计可采用同位素、超声波或振动管式等连续测量密度的仪表。 图1 节流式流量计与密度计组合 （2）体积流量计与密度计的组合 如图2所示，容积式流量计或速度式流量计，如涡轮流量计、电磁流量计等， q成正比，这类流量计与密度计组合，通过乘法运测得的输出信号与流体体积流量 v 算，即可求出质量流量为 （1-2）（3）体积流量计与体积流量计的组合 如图3所示，这种质量流量检测装置通常由节流式流量计和容积式流量计或速度式流量计组成，它们的输出信号分别正比于和通过除法运算，即可求出质量流量为
?科氏质量流量计是质量流量直接式测量方法的一种流量测量装置，它能够高准确度的直接测量管道内流体的质量流量,而且稳定度高,可靠性好,量程比大, 又适合应用于高粘度流 体，已经受到各方面用户的青睐，成为目前研究最多、最有前途的直接式质量流量测量仪器。 目录 ?科氏质量流量计的原理 ?科氏质量流量计的结构 ?科氏质量流量计的设计介绍 ?科氏质量流量计的信号处理 ?科氏质量流量计的优点 ?科氏质量流量计的应用 科氏质量流量计的原理 ?下面结合图1简要地说明科氏质量流量计的工作原理。图1（a）描述了传输流体的直管的运动。直管在力FE的作用下以一定的激励频率发生振荡运动。S1和S2是两个传感器，用于获得测量信号。如图1（b）所示，当管内的液体开始流动时，在科氏力FC的作用下，直管也会产生一个振荡，且该振荡和流过的质量流量成正比。通过传感器检测管子的合成振动就可以得到流体的质量流量。 科氏质量流量计的结构
?图2为典型的科氏质量流量计的装置。该装置有两只测量管、传感器、激励器组成。 图2中没有展示的是科氏质量流量计的另外两个组成部分外壳和用于信号处理、供电、输入输出控制的电子设施。一般商用的科氏质量流量计采用磁铁和线圈来提供驱动力以产生振动。其振幅很小，往往只有几十毫米。为了减小外部干扰，系统使用两根反向振动的管子来平衡，或者是在一根管子上加装特殊的平衡系统。由于管子的振幅很小，所以测量装置对外部干扰非常敏感。为了减少环境的影响和稳定零点的健壮测量，测量系统必须有准确的平衡。 平衡系统越好则测量系统与环境干扰的解耦也越佳。如果没有足够的平衡系统，内部的振动可能会传递到环境中去，并导致测量的不稳定。 科氏质量流量计的设计介绍 ?双管式科氏质量流量计采用结构对称的两根管子。两根管子弯成U型，流体平均地流入两平行的管子内。两个管在驱动力的作用下反相振动。为了减少能量损失，管子在谐振频率下工作。两根管子对称设计，不受流体密度、速度、温度以及压力的影响。这样的对称设计可使测量系统和外部干扰实现良好的解耦。 单管式的和双管式的相比更紧凑，更易于清洁，并且流体的压力损失也比双管的要小。 不过单管式的需要另外设置特殊的平衡系统，这也在无形中增加了其复杂度和成本。总的来说，单管式的有两种设计。第一种设计是将管子弯成两个圈，这和双管式的非常类似，只不过其是串联的而双管式的是并联的。这种弯曲的设计带来的好处是更宽的温度范围。但这种设计的缺陷是排水不易。另一种单管式的设计是直管式的。这种设计更易于清洗且能适应各种流体密度。 在双管式和单管式之间，还有一个折中的设计是双直管式。其两个管子的设计自然地提供了平衡而不需要额外添加平衡机构，从而降低了成本也减轻了仪器的重量。和单直管类似，双直管结构紧凑且易于清洗。不过由于分流的影响，流体的压力损失比较大。
科里奥利质量流量计 科里奥利质量流量计（简称科氏力流量计）是一种利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理来直接测量质量流量的仪表。 科氏力流量计结构有多种形式，一般由振动管与转换器组成。振动管（测量管道）是敏感器件，有U 形、Ω形、环形、直管形及螺旋形等几种形状，也有用双管等方式，但基本原理相同。下面以U 形管式的质量流量计为例介绍。 图8 科氏力流量计测量原理 图8所示为U 形管式科氏力流量计的测量原理示意图。U 形管的两个开口端固定，流体由此流入和流出。U 形管顶端装有电磁激振装置，用于驱动U 形管，使其铅垂直于U 形管所在平面的方向以O-O 为轴按固有频率振动。U 形管的振动迫使管中流体在沿管道流动的同时又随管道作垂直运动，此时流体将受到科氏力的作用，同时流体以反作用力作用于U 形管。由于流体在U 形管两侧的流动方向相反，所以作用于U 形管两侧的科氏力大小相等方向相反，从而使U 形管受到一个力矩的作用，管端绕R —R 轴扭转而产生扭转变形，该变形量的大小与通过流量计的质量流量具有确定的关系。因此，测得这个变形量，即可测得管内流体的质量流量。 设U 形管内流体流速为u ，U 形管的振动可视为绕O-O 为轴的瞬时转动，转动角速度为ω若流体质量为m ，则其上所作用的科氏力为 2F m u ω=? （1-11） 式中，F 、ω、u 均为矢量，ω是按正弦规律变化的。 U 形管所受扭力矩为 112224M Fr F r Fr m ur ω=+== （1-12） 式中12F F F F ===，12r r r ==为U 形管跨度半径。
因为质量流量和流速可分别写为：/m q m t =，/u L t =，式中t 为时间，则上式可写为 4m M rLq ω= （1-13） 设U 型管的扭转弹性模量为s K ，在扭力矩M 作用下，U 型管产生的扭转角为θ。故有 （1-14） 因此，由上两式得 4s m K q rL θω= （1-15） U 型管在振动过程中，θ角是不断变化的，并在管端越过振动中心位置Z-Z 时达到最大。若流量稳定，则此最大θ角是不变的。由于θ角的存在，两直管端1P 、2P 将不能同时越过中心位置Z-Z ，而存在时间差t ?。由于θ角很小，设管端在振动中心位置时的振动速度为p u ，（p u L ω=），则 2sin 2p r r t u L θθω?== （1-16） 从而 （1-17） 将上式代入式（1-15），得 （1-18） 对于确定的流量计，式中的s K 和r 是已知的，故质量流量m q 与时间差t ?成正比。如图8所示，只要在振动中心位置Z-Z 处安装两个光电或磁电位移传感器，测出时间差t ?，即可由式（1-18）求得质量流量。 科氏力流量计能直接测得气体、液体和浆液的质量流量，也可以用于多相流测量，且不受被测介质物理参数的影响。测量精度较高，量程比可达l00：1。
科氏质量流量计的工作原理及维护 科氏质量流量计测量部分主要由弹性测量管、激振单元、拾振单元、闭环自激放大单元等组成。工作原理为：弹性激振单元维持以弹性测量管为主的敏感结构处于谐振状态，测量管作“弯曲主振动”;当质量流量流过振动的测量管时，所产生的“科氏效应”使测量管在上述“主振动”的基础上，产生直接与所流过的“质量流量”相关的“扭转副振动”;通过检测测量管的“复合振动”就可以直接得到流体的质量流量。显然，科氏质量流量计能够稳定、可靠地工作，关键是要保证处于理想的振动状态，即在实际应用中要抑制或尽可能减小其影响。 在质量流量计的安装过程中，如果流量计的传感器法兰与管道的中心轴没有对准（即传感器法兰与管道法兰不平行）或管道温度发生改变，管道所产生的应力会形成压力、扭力、拉力作用到质量流量计的测量管上，引起检测探头的不对称性或变形，从而导致零点漂移，造成计量误差。那么我们就需要注意以下两个方面： （1）流量计安装时严格遵守规范。 （2）流量计安装完毕后，调出“调零菜单”并记录出厂零点预设值，调零完毕后在观察此时零点值，如果两值之间差异较大（两值要保证在一个数量级），则说明安装应力较大，应重新安装。 经过我们不断地实践和摸索，在质量流量计的运行、监测、维护及故障处理方面形成了一套比较完善的方法，并取得了较好的效果，下面把它介绍给大家。 1，设备档案的建立质量流量计的建档工作是必不可少的，这样做可以便于质量流量计的日常维护和管理。其中设备档案应尽可能包括质量流量计的安装地点、测量介质的名称、介质的工况参数、管道的口径、质量流量计的内部设定参数、正常流量、zui大流量等内容，以及每次检定的合格证书及日常检测、维修记录。 2，零点调校在质量流量计投入运行之前，要对流量计进行带压满管调零，步骤如下： （1）流量计安装完毕后，通电使质量流量计预热30min左右，在此期间，可以对流量计内参数核对、检查输出回路和调试网络数据采集等工作。 （2）管路操作：依次开启表前和表后阀，关闭旁路阀，使测量介质在流量计内正常流通，待到流量稳定后，切断表后阀并确保无泄漏，此时一定要保证质量流量计内充满介质。 （3）观察流量计的“活零点”是否稳定，在“活零点”稳定，并将小信号切除数值置零后，才能进行零点调校。 （4）零点调校完毕后，开启表后阀，恢复管路正常运行。 3，实现质量流量计网络数据监视中石化系统内部计量数据采集网络采用分布式采集工作站及服务器/客户机数据共享结构，数据采集分为仪表层、数据采集层和数据管理层三个层次，通过数采网对现场仪表的运行状态进行实时监控，一旦出现异常便能在*时间内发现，并能及时做出分析处理。 4，零点跟踪零点稳定性是流量计重要的技术指标之一，因此在日常维护中要密切关注零点变化。
2700/1700面板操作 一. 屏幕显示说明: SELECT--- 确认键 SCROLL---- 选择键 LED---状态指示灯 二. 显示器密码: 如果需要密码,CODE的字样就会出现在密码屏幕的顶部. 输入密码时候,通过使 用SCROLL来选择数字, 并用SELECT移到下一个字符, 一次只好输入一个字符. 如果你面对显示器密码屏幕, 却不知道密码, 在60秒内不按下任何显示器光敏开关.则此密码屏幕将自动退回到初始屏幕. 三. 调零步骤:
四. 显示器回路测试:
五. 显示器查看报警: LED指示灯状态及报警查看
六. 管理累积量和库存量:
七: 测量单位设置: SELECT+SCROLL 按4秒SEE ALARM [SCROLL] OFFLINE MAINTAIN [SELECT] [SCROLL] CONFIG [SELECT] MASS [SELECT] 可以按SCROLL选择你要的单位选定后按SELECT 按SCROLL直到出现EXIT [SELECT] 体积单位和密度单位设置和上述步骤相同 八量程设置(LRV URV) [SELECT+SCROLL] 按4秒SEE ALARM [SCROLL] OFFLINE MAINTAIN [SELECT] 继续按SCROLL直到出现MAO1 [SELECT] SRC MAO1 [SELECT] MFLOW [SELECT] SRC MAO1 [SCROLL] 4 MAO1 输入最小量程 [SCROLL+SELECT] 4 MAO1 [SCROLL] 20 MAO1 [SELECT] 输入最大量程 [SELECT+SCROLL] 20 MAO1 [SCROLL] EXIT 按SELECT退出. 其他量程设置和上述步骤相同. NOTE: SELECT+SCROLL 表示两个键同时按下
工业生产现场环境复杂多变，并且客户所提供的相关数据参数不方便，这就需要厂家在进行质量流量计在选型工作方面格外重视。本文将对科氏质量流量计原理进行简单阐述，并对选型过程中遇到的困难和问题进行描述，提出相应解决措施，为客户能够更好地使用科氏质量流量计提供帮助。 1 科氏质量流量计的原理 科氏质量流量计由传感器和变送器两个部件所组成。传感器首要是用于流量信号检测，变送器主要是用于传感器驱动以及转换信号输出。流量管中带有温度电极，能够测量液体温度。测量完成后输出的温度可以用在在线流量测量时,对测量管的温度补偿，并且可以作为独立温度信号输出。2 质量流量计在选型过程中的注意事项 按照实际工业现场情况和技术参数，在满足客户提出要求条件下，对成本节约进行全面考虑，选用适合实际情况的形状、材料、公称通径、公称压力和安装方法的质量流量计，选型过程中需要注意以下几个要点。 第一，介质方面。质量流量器所测量介质不同，将会对质量流量计直径、精度和材料等方面产生影响。首先考虑介质状态，介质状态分成气体、液体以及气液共存状态，会涉及到仪表精度要求和口径、流量管材质选择；其次还要注意精度，液体一在一般情况下为0.2%，气体在一般情况下是0.5%，最高情况下为0.1%。 第二，口径方面。每个厂家在进行流量计口径设计时，都会进行相应的流量量程对应，在满足用户流量测量要求情况下，还要进一步进行介质粘度考虑。这方面指标还涉及到质量流量计压损情况。在特定情况下，还会选择大口径传感器，用来达到用户对压损的需求。 第三，材质方面。这方面主要是考虑介质的抗腐蚀性，这就要求相关工作人员查询腐蚀手册，按照介质的性质选择相应的抗腐蚀材料，用来延长流量计的使用寿命。这方面工作需要重视的指南只能作为参考，在实际工作中，一定要结合实际环境进行考虑。流体的物理性质，如温度、浓度以及掺杂比例等变化，都有可能导致接液零件相容性改变。材质的相同性的选择由最终用户掌握选择权。 第四，操作温度和压力方面。操作温度和压力方面主要关于质量流量计能否正常地在工作中被运用，并且在实际的工作中还要考虑现场安全工作。首先，注意操作温度，通常情况下，超过180℃时，应该选择分体型，同时床干起的相关部件应该选择高温型，其他情况可以选择一体型；其次，在温度较高情况下选择一体型，质量流量计的电子元器件可能会因为温度过高而遭到破坏，导致质量流量计故障；最后，还要考虑操作压力，质量流量计流量管可以承受一定压力，如法兰有各种型号的压力承受情况，流量管也是，在选型工作过程中，质量流量计的压力和法兰的公称压力必须大于用户操作压力，还要考虑实际情况留出一定程度的冗余量。 第五，安全方面。安全是实际工作现场所需要重视的关键问题之一，保障现场工作人员生命财产安全以及用户安全是所有工程项目的出发点。应该根据用户需求，并结合现场工作环境的实际状况，选择防爆或者非防爆两方面选型工作。 第六，流量范围。在通常情况之下，能够满足用户流量范围的一般有几个口径或者几个系列，这就需要从经济成本、压损以及缩径等方面进行综合考虑，选取最合理、最科学的口径。 第七，压损要求。科氏质量流量计一般是用来测量介质的质量流量和输出计算出的体积流量，在工业专业提供的选型参数也仅仅涉及到了介质质量流量或是体积流量，常常会忽略到介质流速影响。科氏质量流量计测量管振幅小，可以视为无活动部件或者无阻碍部件，它的测量值不会受到管道中内流场影响，因此能够测量各种流体和浆液，并且量程大。然而，公称通径一定的科氏质量流量计往往其最大测量值会受到制约。 第八，缩径影响。在选型工作中，还需要相关工作人 为了保障缩径要求， 在符合现场要求实际情况条件下， （中国石化润滑油公司，北京 100085） 摘 要：在实际工业成产工作中，流量测量是一个非常复杂的工作，不能够轻易获得准确参数。随着科技水平不断提高，工业技术水平也日渐提升，在人们生产生活中，对化学工业稳定控制要求也越来越严格，这使得质量流量计受到了工作人员的重视，并在实际的工业成产现场发挥着及其关键的作用。质量流量计优点众多，而其测量精度高、操作性和应用性强的优势使之被运用在了各个行业工业现场中。 关键词：科氏质量流量计原理选型