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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3旋转的系统中。
设旋转轴为X，与管的交点为0,由于管内流体质点在轴向以速度V、在径向以角速度3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0点两边方向相反，大小相同，为：SFc = 2 W V S m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。
3图1科里奥利力的形成图2早期科氏力质量流量计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、 管、B 形丈量管、单直管形丈量管、双直管形丈量管、 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。
图3S 形质量流量计结构U 形丈量管、双J 形丈量 Q 形丈量管、双环形丈 S 形丈量管、驱动器和传感这种质量流量计的工作原理及工作过程，如图 4所示。
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。
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 无活动时位移传感器的输出当丈量管中流体不活动时，两根丈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。
科氏力质量流量计测量原理
科氏力质量流量计也叫弹性体科氏力质量流量计，是一种普通用于测量工业流体的流量仪表。
它可以测量几乎所有类型的流体，包括粘性流体和高温高压流体。
它的原理是利用流量分散在金属弹性体上，引起位移，转化为传感器反馈的电信号，然后通过计算机出来流量值。
测量原理是：利用一块科氏体通过流体流量在表面产生的剪切力，通过科氏体的抗剪力的变化引起的变形，以及位移传感器的变化，从而来测量流量大小。
流量的变化不会影响科氏体的变形量，只要输入压力变化，就能测量出流量的大小。
科氏力质量流量计的优点是精度高，受环境温度变化的影响小，实际应用中通常温度范围在-40到+200度之间。
另外，它不但可以测量粘性流体，而且具有良好的耐磨性能，不容易出现故障，使用周期长。
科式质量流量计原理
哎呀呀，同学们，你们知道科式质量流量计是啥玩意儿不？我之前也不懂，可后来老师一讲，我可算明白了点儿！
这科式质量流量计啊，就像是我们身体里的血管，能精准地测量流体的质量流量。
想象一下，流体在管道里哗哗地流，就像一群调皮的小孩子在奔跑。
那科式质量流量计呢，就能把每个小孩子的“体重”都给称得清清楚楚。
老师给我们讲的时候，可有意思啦！他说：“同学们，这科式质量流量计就好比是你们考试时候的监考老师，一点儿都不马虎，谁也别想逃过它的‘法眼’！”我们都哈哈大笑。
有个同学还好奇地问：“老师，那它到底是咋做到这么厉害的测量的呀？”老师就耐心地解释：“这呀，是因为它利用了科里奥利力的原理。
就像你们玩秋千，秋千荡起来的时候，是不是感觉有股力量在拉着或者推着你们？这科里奥利力就和那个差不多。
”
我们听得一愣一愣的，又有同学问：“那这和测量流体有啥关系呀？”老师接着说：“当流体在管道里流动，如果管道振动起来，流体会受到这个科里奥利力的作用，从而产生扭曲和变形。
这个扭曲和变形的程度，就和流体的质量流量有关系啦。
”
我在心里想，这也太神奇了吧！难道这科式质量流量计有一双“透视眼”，能看穿流体的秘密？
还有一次，我们做实验的时候，亲眼看到了科式质量流量计的厉害。
那数字在屏幕上不停地跳动，就像在跟我们打招呼：“嘿，我可把流量都算准啦！”
我觉得呀，这科式质量流量计简直就是测量流体的大英雄！它让我们能准确地知道流体的质量流量，这对很多工业生产和科学研究可太重要啦！同学们，你们是不是也觉得它特别神奇呢？反正我是被它深深地吸引住啦！。
科氏质量流量计结构科氏质量流量计是一种常用的流量测量仪表，广泛应用于工业生产过程中的流体流量测量。
其结构设计精巧，能够准确测量流体的质量流量，具有较高的测量精度和稳定性。
科氏质量流量计的结构主要包括传感器、转换器和显示器三部分。
传感器是流量计的核心部件，负责感知流体的流动情况，并将其转化为电信号。
传感器通常采用热敏电阻或热电偶来测量流体的温度差异，从而间接测量流体的质量流量。
转换器是将传感器输出的电信号转换为标准的电流信号或数字信号的装置，以便于后续的处理和显示。
显示器则是将转换后的信号进行处理，并以数字或图形的形式直观地显示出流体的质量流量。
科氏质量流量计的工作原理是基于流体传热的原理。
当流体通过传感器时，流体的热量会与传感器表面进行传递。
传感器上有两个温度传感器，一个称为加热器，另一个称为测温器。
加热器通过电流加热，使其温度高于流体温度；而测温器则通过测量流体传热后的温度变化来得到流体的质量流量。
由于流体的流速与传热量有关，因此通过测量加热器和测温器之间的温度差异，可以间接地测量流体的质量流量。
科氏质量流量计具有许多优点。
首先，它可以对流体进行非接触式测量，不受流体压力、密度和温度的影响，具有较高的测量精度。
其次，科氏质量流量计的响应速度快，可以实时监测流体的质量流量变化。
此外，它还具有较大的测量范围和较低的能耗，适用于各种不同流体的测量。
科氏质量流量计在工业生产中有着广泛的应用。
例如，在化工生产过程中，科氏质量流量计可以用于测量各种液体和气体的流量，用于控制生产过程中的物料投放和排放。
在石油和天然气行业，科氏质量流量计可以用于测量原油、天然气和石油产品的流量，用于计量和控制生产过程中的流体流量。
此外，科氏质量流量计还可以应用于食品、制药、冶金和能源等领域的流体流量测量。
科氏质量流量计是一种常用的流量测量仪表，具有结构简单、测量精度高、稳定性好等优点。
它的工作原理基于流体传热，能够准确测量流体的质量流量。
科氏力质量流量计测量原理首先，我们来了解一下科氏力的原理。
科氏力是一种在运动的粒子上作用的惯性力，垂直于粒子的运动方向，大小与粒子的速度和磁场强度相关。
当带电粒子在磁场中运动时，会受到科氏力的作用，使其偏离原本的轨道。
根据科氏力的方向和大小可以确定带电粒子的速度和质量。
在科氏力质量流量计中，流体通过一个磁场，产生科氏力作用于流体中的带电粒子（通常是带电离子）。
这些带电粒子会偏离原本的流动方向，导致在流体中形成一个特殊的螺旋状运动。
通过测量螺旋运动的角速度，可以推导出流体的质量流量。
具体来说，科氏力质量流量计由一对磁体和一个磁场传感器组成。
磁体产生一个均匀的磁场，将流体中的带电粒子固定在一个特定的平面上。
磁场传感器用于测量带电粒子螺旋运动的速度。
当流体通过科氏力质量流量计时，由于磁场的作用，流体中的带电粒子会受到科氏力的作用，产生一个螺旋形状的运动轨迹。
由于带电粒子的质量很小，它们对整个流体的质量影响较小，因此可以近似认为流体的质量与带电粒子的质量一致。
磁场传感器通过测量带电粒子在螺旋运动过程中的速度来计算质量流量。
传感器通常采用霍尔元件、磁阻元件或电容元件等技术来测量运动带电粒子的速度。
这些元件会输出与速度相关的电信号，经过放大和处理后，就可以得到流体的质量流量数据。
科氏力质量流量计具有较高的精度和可靠性，适用于各种流体介质的测量。
它的测量原理基于物理学的基本原理，不受流体压力、温度和密度的影响。
同时，由于对流体的作用极小，科氏力质量流量计不会对流体产生阻力和压降，不会对流体流动状态产生干扰。
总而言之，科氏力质量流量计是一种基于科氏力原理的流量测量仪器。
通过测量流体中的带电粒子的螺旋运动速度，可以得到流体的质量流量数据。
它具有精度高、可靠性好，适用于各种流体介质的特点。
科氏质量流量计的原理及选型注意事项李成刚【摘要】在工业生产过程中,流量测量相对复杂,并且不容易获得精确参数.随着工业技术的不断发展,尤其是化学工业对稳定控制的需求,使流量计在工业现场的作用越来越重要.因为质量流量计在流量仪表中具有明显的优势,作为测量精度高、测量参数多的现场应用仪表,被广泛应用于化工、钢铁、电力等行业.由于现场工况的复杂性,另外还有用户提供技术参数的不对称等原因,质量流量计在现场的使用中出现了各种各样的问题.目前质量流量计的成本相对比较高,或者涉及到贸易结算等情况,这就要求厂家在选型阶段必须更加慎重.本文总结了在此方面工作中遇到的多方面问题,为用户获得更好的产品使用体验提供一些经验和方法.【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2018(025)004【总页数】4页(P29-32)【关键词】科氏力;质量流量计;选型【作者】李成刚【作者单位】北京瑞普三元仪表有限公司,北京 100027【正文语种】中文【中图分类】TH8140 引言科氏质量流量计测量精度高，测量不受介质物性影响，无上、下游直管段长度的要求。
而且科氏质量流量计是智能化程度很高的仪表，其变送器除了能够显示和输出质量流量，还能输出转化为4mA～20mA信号、脉冲信号或者总线信号的体积流量、密度、温度、粘度和浓度等过程参数。
所以科氏质量流量计被广泛应用于化学、制药、能源、橡胶、造纸、食品等各工业部门，在配比、装车和贸易交接中相当适用。
1 科里奥利力科里奥利效应（Coriolis effect）是指如果一个物体是静止的，或者相对于某一固定点作恒速运动，那么，在这个物体上运动是不会出现什么问题的。
如果想从物体一端的A点沿着一条直线走到另一端的B点，在走的过程中不会感到有任何困难。
但是，如果一个物体的不同部分以不同的速度运动，那么，情况就大不一样了，假定有一个旋转游戏台或者任何一个绕其中心旋转的平台。
整个平台的整体在旋转，但在中心附近的一点画出一个小圈，因而在缓慢地运动，而靠近外缘的一点则画出一个大圈，因而在快速地运动。
科氏质量流量计原理
科氏质量流量计是一种用于测量流体质量流量的仪器，它是基于科氏效应原理
工作的。
科氏质量流量计通过测量流体通过管道时的压力差来确定流体的质量流量，它可以用于气体和液体的测量，并且在工业领域有着广泛的应用。
科氏效应是指在流体通过弯曲管道时，流体中的质量会受到离心力的作用而产
生偏转，这种偏转会导致管道内部产生压力差。
科氏质量流量计利用这种压力差来测量流体的质量流量，其原理是基于质量守恒定律和动量守恒定律。
在科氏质量流量计中，流体首先通过一个弯曲管道，这会导致流体产生偏转并
产生压力差。
然后，流体通过一个测量装置，该装置可以测量流体通过时的压力差，并将其转换为质量流量的值。
最后，通过计算和校准，就可以得到准确的流体质量流量值。
科氏质量流量计的工作原理非常简单，但是其测量精度非常高。
它可以测量各
种类型的流体，包括腐蚀性流体、高温高压流体等，而且不受流体密度、粘度、温度等因素的影响。
因此，在化工、石油、冶金等领域都有着广泛的应用。
除此之外，科氏质量流量计还具有响应速度快、结构简单、维护成本低等优点。
它可以实现在线测量，并且可以与计算机、PLC等设备进行联网，实现自动化控
制和数据采集。
这些特点使得科氏质量流量计成为工业自动化领域中不可或缺的重要仪器。
总之，科氏质量流量计是一种基于科氏效应原理的流体质量流量测量仪器，其
原理简单而精准，具有广泛的应用前景和发展空间。
随着工业自动化水平的不断提高，科氏质量流量计必将在工业生产中发挥越来越重要的作用。
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
（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。
3.科氏质量流量计的发展现状
基于以上优点，科氏质量流量计成为目前研究最多、最有前途的直接式质量流量测量仪器，市场需求量也越来越大[5]。
据统计，世界范围内装用量1991年估计在11-13万台，1992-1993年间欧洲市场容量约8000-10000台，约为5000万英镑/年，1995年全球范围流量仪表销售30亿美元，其中CMF 为2.35亿美元，约占8％；我国CMF 应用起步较晚，从80年代中期引进成套装置附带少量仪表开始，到技术改造所需单台进口一定数量，至1997年CMF 装用量约在3500-4500台之间。
据分析预测，本世纪的头几年间，CMF 在国内市场的年平均增长率将达25-30%，从而逐渐与国际市场趋于一致而进入高速增长的产品成长期。
但勿庸置疑，国内的CMF 绝大多数仍依赖于进口，且价格昂贵，一般为5000-10000美元/台，150mm 管径的高达30000美元/台。
国外厂商在CMF 的技术方面占据绝对优势，少数真正掌握CMF 设计原理和技术，尤其是其核心技术即流量管传感器设计原理和技术的公司都对其极端保密，实行严格的技术垄断，这也正是CMF 产品至今仍保持高附加值的原因所
在，且这种状况还将继续。
美国、英国等西方发达国家在科氏质量流量传感器的研究和生产方面处于国际领先地位，主要的研发单位有美国的Micro Motion 公司、德国E+H 公司等。
主要的研究重点集中在测量管结构设计、建模型分析、振动分析与抑制、试验验证等方面。
如：作为科氏质量流量传感器行业的领头羊——美国Micro Motion 公司为进一步改善产品性能推出了MVD(Multi-Variable Digital)技术的数字变送器，图4所示为美国Micro Motion 公司生产的高准科氏质量流量计；英国Cranfield 大学的G.Sltan 和J.Hemp 用振动梁理论进行了U 形管科氏质量流量传感器建模的研究，并通过水和煤油两种介质的质量流量分别进行了实验研究；Storm.R 等在建立直管CMF 模型的基础上，分析了流体、工作环境、安装应力等因素对CMF 测量的影响，所得结果与理论计算结果基本相符。
Cheesewright.R 等人利用流固耦合原理建立了CMF 的动态模型，分析了CMF 传感器的动态响应特性，并进行了相应的实验研究。
同时，Cheesewright.R 也分析了外部振动对CMF 传感器测量精度的影响，提出了抑制外部耦合振动的一些理论方法。
此外，英国国家工程实验室(National Engineering Lab)的R.M.Watt 还利用有限元法对直管科氏流量传感器进行了研究。
国内科里奥利质量流量传感器的研究热潮方兴未艾。
主要的研制单位集中在高校和部分企业。
如：北京航空航天大学、合肥工业大学、太原太航流量工程有限公司、北京首科石化
图4美国Micro Motion 公司生产的高准科氏质量流量计
有限公司、北京科力博奥仪表技术有限公司等。
主要研究重点集中在测量管型设计、传感器闭环系统实现方案、传感器输出相位差信号解算等方面。
如：北京航空航天大学樊尚春教授领导的课题组长期致力于传感器管型优化设计、传感器数字闭环系统实现、传感器振动信号解耦以及全数字信号处理方法等研究，取得了多项创新性研究成果；合肥工业大学自动化研究所的徐科军教授所带领的研究小组在科氏质量流量传感器信号处理方面做了大量研究工作。
太原太航流量工程有限公司与北京航空航天大学合作，设计了具有自主知识产权的“T 型结构”测量管型结构，提高了传感器测量灵敏度。
4.用途多样性推动科里奥利质量流量计市场增长
美国ARC 咨询公司在2004年10月报导所出版《世界科里奥利流量计展望》中透露[6]：2003年科里奥利质量流量计全球市场4.04
亿美元（约33.3亿元），今后五年以年复增
长率（CAGR ）8.9%增长，到2005年市场销售将达6.17亿美元（约50.9亿元）。
如图5所示。
在流行一代的流量仪表中制造厂对科里奥利质量流量计在使用更可靠和方便上的多方改进十分明显，早期存在安装上的一些限制大为减少或不复存在。
现在科里奥利质量流量计从只能测量液体和浆液扩
展到气体。
科里奥利质量流量计应用于天然气是呈现较快增长的重要因素。
美国燃气协会（AGA ）在技术上认可科里奥利流量计适用于天然气生产、精制、输送、仓储、分配和最终用户消费的测量，开创出一个新的市场空间。
从压缩天然气（CNG ）压缩站到路边加气零售的发送系统每一个测量点，用直接测量质量流量的科里奥利流量计在测量技术上的优点超过其他流量仪表，从而，使这一领域的用量骤增。
参考文献
[1]陈善文.科里奥利质量流量计的设计与实现.武汉：华中科技大学，2006.4
[2]王兴才.科里奥利质量流量计的原理和应用.北京：工业仪表与自动化装置，1994.34-38.
[3]刘广玉，樊尚春，新型传感器技术及应用,北京，北京航空航天大学出版社，1995.22-29.
[4]李传经，严明.正确评价科里奥利质量流量计.北京：自动化仪表,1992.19-26.
[5]纪爱敏,李川奇,沈连官.科里奥利质量流量计研究现状及发展趋.仪表技术与传感器，2001.4
[6]蔡武昌.用途多样性推动科里奥利质量流量计市场增长.世界科里奥利流量计展望，2004.10
王帅（1984~），北航精密仪器及机械专业博士研究生。
于2008年师从樊尚春教授，主要从事科氏质量流量计、信号处理、智能仪器等领域的研究，期间参与国家“863”、民用航天等项目，已发表学术论文7篇，其中EI 检索2篇，SCIE 检索1篇（第2作者）。
$100.00$200.00$300.00$400.00$500.00$600.00$700.00图5科里奥利质量流量计全球市场预测（106美元）。
