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科里奥利质量流量计工作原理和基本结构

   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。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ar(向心加速度),其值等于ω2r,方向指向P轴。
  (2)切向加速度at(科里奥利加速度),其值等于2ωu,方向与ar垂直,正方向符合右手定则,
  为了使质点具有科里奥利加速度at,需在at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Fc。方向与αt相反。
  当密度为ρ的流体以恒定流速u沿旋转管流动时,任一段长度ΔX的管道都将受到一个大小为ΔFe的切向科里奥利力:A为管道内截面积。由于质量流量qm=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。
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