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Ω形管质量流量计测量原理

  这种流量计有一对平行的带有短直管的螺旋管组成,如图24所示。在管子的中间位置D装有驱动器,使两根测量管受到周期性的相反的振动,在椭圆螺旋管的两端,与中间点D等距离位置上,设置两个传感器,测量这两点的管子间相对运动速度,这两个相对运动速度的相位差与流过测量管中的流体质量流量成正比。
图24 双环形质量流量计
  其工作原理简述如下:当测管中流体不流动时,振动力使管子产生的变形,在中间点两边是一样的,传感器处的两测点上,测得的振动位移的相位差为零,当测管中流体流动时,在振幅蕞大点之前,流体质点由于受到科氏力的作用产生一个与振动方向相反的作用力,而在这点之后产生一个与振动方向相同的作用力,由于在同一时刻两根测量管所受到的作用力大小相等,方向相反,因此反映在两传感器处测点上管子的运动速度得到增大或减小,测量这两点的相位差就可得到通过测量管流体的质量流量。
三、 质量流量计结构特性
  在一个测量系统中,流体质点作用在测量管上的科氏力是很小的,这给精确的测量带来很大的困难。为使测量管产生足够强的信号,就应加大科氏力对测量管的作用或在同样的科氏力的作用下增大测量管的变形。ω
从原理上讲Fc=2ωVM,在被测流体一定时,只有加大ω或V,才能提高Fc。实际中ω的增加,在仪表上就需要提高振动频率和振动的振幅。振动频率的提高,严重地影响测量管的寿命,而振幅的提高就需提供较大的动力。V的增加就是增加流速,这样即增加了测量管上的静压,也增大流量计对整个系统的压力损失。这些对流量计本身和整个系统都是不利的。
  另一方面从结构设计上,就要考虑提高科氏力作用在振动管上的效率及提高传感器的检测能力,对后者性能的提高在此不讨论。要想提高科氏力作用在测量管上的效率,必须在结构形状上提高测量管整体的系统弹性,减少钢性,选用弹性好、性能稳定的材料,并准确选择系统的振荡频率。以达到同样的科氏力作用下,测量管的变形量增加。一般来说,测量管的管壁越薄,长度越长,结构形状的系统弹性越好,作用在管上的科氏力就越明显。这样可使测量管的变形加大,信噪比增加,还可减少外界带来的干扰。测量管上所受的应力不要过于集中在一点上,以免造成机械疲劳。应力作用的形式不同,也对管子的疲劳和测量灵敏度造成一定的影响。对于不同的结构,由于其设计思路不同,各有特色,但也存在着一些问题,每一种形式均不可能达到尽善尽美。针对这些问题,制造厂商也不断地对其产品进行改善,以提高其产品的性能,增强其竞争能力。下面就具体的结构对性能的影响进行简单分析。
1. 测量管的形状:
  测量系统弹性的增加,增大了作用于振动管系统的科氏力的效应,但也增大外界机械噪声的干扰和仪表体积。测量管应尽量减少急剧弯曲,蕞大可能的增大测量管内径,这样可以减少压力损失。双测量管型的信噪比得到增加,流通能力也增加,别普遍采用。
2. 管壁
  壁厚增加使管子更具有刚性,也增加了流动时管子的固定质量,减少了流体中夹杂气体时,由于其分布的不均匀引起比重变化对管子振动的影响,同时提高测量管耐压、耐磨性,但会降低系统弹性,影响测量的灵敏性。
3. 制造和安装
  测量管的形状在制作过程应保证其对称性,在双测量管结构中应保证两根管的一致性,传感器的定位要准确,以减少测量中由于密度或粘度变化对测量结果的影响。流量质量分配的不稳定性,给测量结果的准确性带来影响。
  从原理上讲,测量管所受科氏力的大小只与流体的质量流量有关,与流体密度、粘度无关。但密度的变化会带来附加的惯性力;而粘度的变化时测量管的内壁附着层不同,产生不同的边界层效应。结果引起测量管的质量分配不稳定,对测量结果的准确度带来影响。

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