科氏质量流量计结构

科氏力质量流量计的工作原理和典型结构特性

科氏力质量流量计的工作原理和典型结构特性

科氏力质量流量计的工作原理和典型结构特性

作者：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。这个力作用在丈量管上，在O点两边方向相反，大小相同，为：

δFc ＝ 2ωVδm

因此，直接或间接丈量在旋转管道中活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。将在由活动流体的管道送进一旋转系统中，由安装在转轴上的扭矩传感器，来完成质量流量的丈量。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，通过丈量系统旋转产生科氏力是不切合实际的，因而均采用使丈量管振动的方式替换旋转运动。以此同样实现科氏力对丈量管的作用，并使得丈量管在科氏力的作用下产生位移。由于丈量管的两端是固定的，而作用在丈量管上各点的力是不同的，所引起的位移也各不相同，因此在丈量管上形成一个附加的扭曲。丈量这个扭曲的过程在不同点上的相位差，就可得到流过丈量管的流体的质量流量。

我们常见的丈量管的形式有以下几种：S形丈量管、U形丈量管、双J形丈量管、B形丈量管、单直管形丈量管、双直管形丈量管、Ω形丈量管、双环形丈量管等，下面我们分别对其结构作一简单介绍。

1． S形丈量管质量流量计

如图3所示，这种流量计的丈量系统由两根平行的S形丈量管、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。在丈量管对称位置上装有传感器，在这两点上丈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。

量型科氏质量流量计的．力学模型研究　堕直管型科氏　

质　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａ１　Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｔｕｂｅ　Ｃｏｒｉ０ｌ　ｉＳ　Ｍａｓｓ　Ｆ１ＯＷ　Ｍｅｔｅｒ　量　流　

黄以细唐军林愉　量　计　ｌｌｕａｎｇ　Ｙｉｘｉ　Ｔａｎｇ　Ｊｕｎ　Ｌｉｎ　Ｙｕ　的　（江　理工大学机电工程学院，赣州３４１０００）　力　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｕｎｉ　ｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ　学　模　３４１０００）　型　

‘　●　研　摘要：本文对单直管型科里奥利质量流量计的测量原理进行了详细论述。基于典型的单检测管结构．将它简化成简　究　

支梁．分析其受力，推导了单直管型科氏质量流量计的力学模型、振动频率和旋转角速度的计算公式。另外，本文还给　

出了检测电路图，对信号进行处理。　

关键词：科里奥利质量流量计：单直管：力学模型　

中图分粪号：ＴＰ３３．１　．文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—４７９２一（２００７）３—０１　２７—０４　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｐｒｉＢＣ￣ｐｌｅ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　１ｉｎｅａｒ　ｔｕｂｌｅ　Ｃｏｒｉｏｌｉ　Ｓ　ｄＪｒｅｃｔ　ｍａｓｓ　ｆ】ＯＷ　ｍｅｔｅｒ　ｉｎ　

ｄｅｔａｉ１．Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｍｏｄｅ１　ｏｆ　ｔｈｅ　１ｉｎｅａｒ　ｔｕｂｌｅ　ＣｏｒｊｏｌｉＳ　ｄｉｒｅｃｔ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｍｅｔｅｒ　ｗａｓ　ｄｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　

ｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｏｆ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　ａｎｇｕ１ａｒ　ｖｅｌＯＣｉｔｙ　ｏｆ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｅｓｔａｂｌ　ｉｓｈｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ　

质量流量计测量误差的原因分析与对策

摘要：

质量流量计从其测量原理的角度分析，具有准确、可靠、量程比宽、多变量输出等优点。但是精确测量的是有条件的，比如安装的影响，工艺介质的因素，本身仪表是否存在故障等等。本文阐述了质量流量计的原理和引起质量流量计产生故障的原因，进而明确正确的使用质量流量计的方法。

关键词： 质量流量计；问题分析；误差

1、引言：

对于油品计量交接来说，使用高精度的测量设备可提高油品交接计量精度，有效控制油品进出厂的损失，减少计量纠纷, 实现公平计量，维护公司的企业形象。质量流量计由于能直接测量油品的质量，不受油品密度与温度等工况条件的影响，测量准确度高，是目前油品贸易计量中运用最为广泛的计量仪表。它主要是通过科里奥利原理直接测量流体的质量流量与、密度，、通过温度的测量。，再衍生出体积量等多个变量，应对各种计量需求。质量流量计还具有运行状态自诊断功能，通过运行参数与报警信息，我们可以进行设备的运行状态与故障分析，并进行有针对性的故障处理。质量流量计还可以通过modbus协议配合scada软件将数据和报警传入人机界面远传再做报警处理，提示相关人员及时处理故障，有效防范计量失准带来的风险。

2、质量流量计测量原理与结构：

质量流量计的测量管一般都是由双U型振动管组成，在一根振荡管顶端处固定一个永久磁铁，在另一个振荡管固定驱动线圈，两者组合起按谐振频率振动的线圈组。永久磁铁产生固定的磁场，当变送器送电后，线圈由于通入交流电的线圈产生的交变磁场与磁铁块的固有磁场会产生交替的吸引与排斥，因为线圈和磁铁固定在振荡管上，由于作用力和反作用力，两个振荡管会以相反的不停的振动。检测线圈固定在一个振荡管两侧，两个磁铁固定在另一个振荡管上，由于两个振荡管产生相反方向的往复运动，磁铁产生微小的位移，线圈切割磁力线，线圈的磁通量产生变化，根据e=N(dφ/dt)计算线圈产生感应电压，变送器的电路部分测量线圈交流电压。当测量管流量为零时，两个检测线圈的相位是相同的，相位差为零； 当有流体流过测量管，受科里奥利力的影响，入口测与出口测的测量管因受相反的牛顿力的作用而产生扭曲，入口和出口的检测线圈检测的交流信号就形成了相位差，相位差的大小直接反映流体流量质量的大小。当管內充满不同的流体时，随着流体密度的增大，振动频率变小(介质接近振荡管的密度)，传感器对密度的敏感度也降低了，频率反映出介质密度的大小。此外，在测量管的入口处会贴有一个铂电阻，可以测量介质的温度。

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。