质量流量计介绍
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• 气体的比热容会随着压力温度而变，但在所使用的温度压力附 近不大的变化可视为常数。
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科里奥利力简介
•V = 0
•V >
•F
0
c
•m =质点 •w =角速度 •v =径向速度 •Fc =科里奥利力
•Fc
•视频一
•视频二
•Fc = -2m • v • w
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质量流量计介绍
热式质量流量计优点
• 热分布式TMF可测量低流速（气体0.02~2m/s）微小流量；浸入 式TMF可测量低~中偏高流速(气体2~60m/s)，插入式TMF更适合 于大管径。
• TMF无活动部件，无分流管的热分布式仪表无阻流件，压力损失 很小；带分流管的热分布式仪表和浸入性仪表，虽在测量管道 中置有阻流件，但压力损失也不大。
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质量流量计介绍
热式质量流量计
热式质量流量计（以下简称TME）是利用 传热原理，即流动中的流体与热源（流体 中加热的物体或测量管外加热体）之间热 量交换关系来测量流量的仪表，过去我国 习称量热式流量计，采用这种原理有两种 实现方法：一是恒功率法，二是恒温差法。 当前主要用于测量气体。
质量流量计介绍
内部结构
•在每个流量管上，均有一组磁铁 / 线圈组，我们称之为入口检测线圈和 出口检测线圈。由于相对振动，线圈 在磁铁的磁场做切割磁力线的运动， 在内部回路产生交流电信号。该信号 能准确地反映线圈组间的相对位移和 相对速度。通过监测该交流信号，我 们可判断测量管的运行状态。
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•fR
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密度测量原理
•mt
•fR= 谐振频率
•mt= 测量管
•mfl
= 流体质量
•fl
= 流体密度
•c = 常数
•mfl
•fR = ƒ(fl)
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密度测量原理
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•低密度 •mV
•Time
•高密度 •mV
•Time
•按照弹性模数的理论，弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频 率成反比。这一概念引入到流量管的振动，整体质量（测量管 和内部介质之和）越大，其振动频率就越小。通过检测已知密 度（例如标准状态下的水和空气）的介质流经测量管时的频率 ，可以得到密度与频率之间的线性关系。然后通过振动频率换 算到密度
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B形管质量流量计
• 流量测量系统由两个相互 平行的B形管组成。被测 流体经过分流器被均匀送 入两根B形测量管中，驱 动装置安装在两管之间的 中心位置，以某一稳定的 谐波频率驱动测量管振动。 在测量管产生向外运动时， 如图所示，直管部分被相 互推离开，在驱动器的作 用下回路L1'和L1''相互靠 近，同样回路L2'和L2''也 相互靠近。由于每个回路 都由一端固定在流量计主 体上，旋转运动在端区被 抑制因而集中在节点附近。
• TMF使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比，不需温度 传感器，压力传感器和计算单元等，仅有流量传感器，组成简 单，出现故障概率小。
• 热分布式仪表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想气体的双 原子气体，不必用这些气体专门标定，直接就用空气标定的仪 表，实验证明差别仅2%左右；用于Ar、He等单原子气体则乘系 数1.4即可；用于其他气体可用比热容换算，但偏差可能稍大些。
• 对加热探头的总能量正 比于质量流量，微处理 器是输出信号线性。
质量流量计介绍
恒功率法原理
• 传感器元件包括两个热电阻，其中一个是 感温电阻，另一个为加热电阻（温度高于 感温电阻），当无流量时，两个电阻的温 差最大，当有流量时，加热电阻温度降低， 两个电阻温差减少，由于两个RTD之间的 温差与过程流速及过程介质有关，从而与 流体的流量有关，因此，当有流量时，产 生温差.
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Ω形测量管质量流量计
当管子分开时，在振点前 的流体中产生的科里奥利 力与振动力方向相反，减 慢管子的运动速度；而在 振点之后管中流体产生的 科氏力与振动方向相同， 加快管子的运动速度。当 驱动器使管子靠近时，则 产生相反的结果。在A、B 两点的传感器可测的两处 管字运动的相位差，由此 可得到流过测管中流体的 质量流量。
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双直管形质量流量计
相对单直管来说双直管形可减少 压力损失，增大传感器感受信号， 其实际中的结构如图所示，驱动 器安放与中心位置，两个光电传 感器只与中心两侧对称位置上， 其中测量管受轴向力的影响很小。 当流体不流动时，光电传感器受 到的管子所产生的位移的相位是 相同的；当流体介质流过两根振 动的测量管时，便产生了科里奥 利力，这个力使测量管的振点两 边发生相反的位移，振点之前的 测管中流体介质使管子振荡衰减， 即管子位移速度减慢；振点之后 的测管中流体介质使振荡加强， 即管子位移速度加快。通过光电 传感器，测得两端的相位差，这 个相位差在振荡频率一定时正比 与测管计介绍
热式质量流量计缺点
• 热式质量流量计响应慢。 • 被测量气体组分变化较大的场所，因cp值和热导
率变化，测量值会有较大变化而产生误差。 • 对小流量而言，仪表会给被测气体带来相当热量。 • 对于热分布式TMF，被测气体若在管壁沉积垢层
影响测量值，必须定期清洗；对细管型仪表更有 易堵塞的缺点，一般情况下不能使用。 • 对脉动流在使用上将受到限制。 • 液体用TMF对于粘性液体在使用上亦受到限制。
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科里奥利力简介
•w = 角速度 •Fc = 科里奥利力 • = 相位差 •A,B =相位传感器 •y = 振幅 •t = 时间
~ Fc ~ m
质量流量计介绍
•科里奥利质量流量计的工作原理
•驱动线圈
•连接传感器和变送 器，提供电源，信 号通讯
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•连接管线
•检测线圈
•热电阻 (RTD) •变送器对检测线圈传输 来的信号进行处理
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质量流量计优点
直接测量质量流量，有很高的测量精确度。 可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固
形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压 气体。 测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍 件和活动件。 对应对迎流流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求。 测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值得值的 影响微小。 可做多参数测量，如同期测量密度，并由此派生出测量溶 液中溶质所含的浓度。
接测量科氏力的方法得到流体质量流量。 2.量热式质量流量计（热式质量流量计） 这种流量计是在流体管壁外设置热源，利用流动气体传
递的热量与质量的关系，在其上下游产生温度变化而得到 气体的质量流量。 3.冲量式质量流量计 这种流量计是利用物料流体在一定的高度下落的冲量产 生的力，采用直接测力方法而得到流体质量流量。
•Theory - 5
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原理总结
•D =相位差 •m = 质量流量 • W= RTD 电阻 •fR =谐振频率 • =密度 •T = 温度
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~ m •fR ~ W ~ T
质量流量计介绍
S形测量管质量流量计
•如图所示，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。
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恒温差法原理
• 流速传感器的温度高于 感温传感器一定温度 △T。当气体流经流速 传感器时，产生热量扩 散，这样电路单元提供 相应的能量使两个传感 器温差维持恒定温度 △T ，电路单元提供的 能量与电流成比例关系， 通过输出电信号可测出 流量。
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U形测量管质量流量计
电磁驱动系统以固定频率 驱动U形测量管振动，当 流体被强制接受管子的垂 直运动时，在前半个振动 周期内，管子向上运动， 测量管中流体在驱动点前 产生一个向下压的力，阻 碍管子的向上运动，二在 驱动点后产生向上的力， 加速管子向上运动。这两 个力的合成，使得测量管 发生扭曲；在振动的另外 半周期内，扭曲方向则相 反。
•流量管
质量流量计介绍
•科里奥利质量流量计的工作原理
✓ 在双管型质量流量计当中，入口处 的分流管把流入的介质均等地一分为 二，送到两根测量管中，这样保证了 100%的介质流经测量管 ✓ 两根测量管由于驱动线圈的作用， 产生以支点为轴的相对震动。当测量 管中有流量时，产生如图所示的科里 奥利现象。
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质量流量计介绍
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J形管质量流量计
当测量管中的流体以 一定速度流动时，由 于振动的存在使得测 量管中的流体产生一 个科氏力效应。此科 氏力作用在测量管上， 但在上下两支管上所 产生的科氏力的方向 不同，管的直管部分 产生不同的附加运动， 即产生一个相对位移 的相位差。
质量流量计介绍
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单直管形质量流量计
• 当测量管中流体以速度V在 管中流动时，由于受到C点 振动力的影响（此时的振 动力是向上的），流体质 点从A点运动到C点时被加 速，质点产生反作用力F1， 使管子向上运动速度减慢； 而在C点到B点之间，流体 质点被减速，使管子向上 的运动速度加快。结果在C 点两边的这两个方向相反 的力使管子产生一个变形， 这个变形的相位差与测管 中流体流过的质量流量成 正比。
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质量流量计介绍
恒功率法原理
• 参比RTD测量流 体温度
• 电子单元使加热 元件以恒功率加 热，在没有流体 时温度较高，有 流体时温度较低
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恒功率法原理
• 当质量流量增加， 流体分子冷却加热 单元
• 非参比RTD测量温 度降低
• 电子单元转换为流 量信号
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U形测量管质量流量计
• 测量管扭曲的程度，与流体流 过测量管的值来质量流量成正 比，在驱动点两侧的测量管上 安装电磁感应器，以测量其运 动的相位差，这一相位差直接 正比于流过的质量流量。 在双U形测量管结构中，两根 测量管的振动方向相反，使得 测量管扭曲相位相差180度， 如图所示。相对单测量管型来 说，双管型的检测信号有所放 大，流通能力也有所提高。
质量流量计介绍
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2020/12/18
质量流量计介绍
为什么要测量质量流量?
•质量 1 •体积 1
•质量2 •体积 2
•温度变化 •体积1 体积 2 •质量 1 = 质量 2
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质量流量计的分类
1.科里奥利式质量流量计 这种流量计是利用流体在振管内产生的科氏力，采用直
质量流量计介绍
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双环形测量管质量流量计
• 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，在振幅最 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。
•Theory - 3
质量流量计介绍
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•质量流量检测原理
•无流量
•Time •mV
•低流量
•Time •mV
•高流量
•Time •mV
•在没有流量的情况下，入口和出口处检测线圈监测到的交流 电信号是同相位的。当有流量的时候，由于科里奥利作用，流 量管产生扭曲，两端的检测线圈输出的交流电信号存在相位差 。流量越大，相位差就越大，而且其相位差 T 与流量的大小 成正比关系。这样，可以利用 T 作为质量流量的标定系数， 即可以用T 来表示每秒有多少克的质流量量流流量计过介绍
恒温差法原理
• 参比RTD测量气体 温度
• 电子单元给加热探 头持续提供能量
• 通过电子单元调解， 保持恒温差
• 随着质量流量的增 加，气体分子将热 量扩散开来。
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恒温差法原理
• 电子单元感应△T的减 少并且增加能量以维持 恒温差△T
• 随着质量流量的减少， 电子单元减少对加热探 头的能量供应。
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科里奥利力简介
•V = 0
•V >
•F
0
c
•m =质点 •w =角速度 •v =径向速度 •Fc =科里奥利力
•Fc
•视频一
•视频二
•Fc = -2m • v • w
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热式质量流量计优点
• 热分布式TMF可测量低流速（气体0.02~2m/s）微小流量；浸入 式TMF可测量低~中偏高流速(气体2~60m/s)，插入式TMF更适合 于大管径。
• TMF无活动部件，无分流管的热分布式仪表无阻流件，压力损失 很小；带分流管的热分布式仪表和浸入性仪表，虽在测量管道 中置有阻流件，但压力损失也不大。
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热式质量流量计
热式质量流量计（以下简称TME）是利用 传热原理，即流动中的流体与热源（流体 中加热的物体或测量管外加热体）之间热 量交换关系来测量流量的仪表，过去我国 习称量热式流量计，采用这种原理有两种 实现方法：一是恒功率法，二是恒温差法。 当前主要用于测量气体。
质量流量计介绍
内部结构
•在每个流量管上，均有一组磁铁 / 线圈组，我们称之为入口检测线圈和 出口检测线圈。由于相对振动，线圈 在磁铁的磁场做切割磁力线的运动， 在内部回路产生交流电信号。该信号 能准确地反映线圈组间的相对位移和 相对速度。通过监测该交流信号，我 们可判断测量管的运行状态。
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•fR
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密度测量原理
•mt
•fR= 谐振频率
•mt= 测量管
•mfl
= 流体质量
•fl
= 流体密度
•c = 常数
•mfl
•fR = ƒ(fl)
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密度测量原理
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•低密度 •mV
•Time
•高密度 •mV
•Time
•按照弹性模数的理论，弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频 率成反比。这一概念引入到流量管的振动，整体质量（测量管 和内部介质之和）越大，其振动频率就越小。通过检测已知密 度（例如标准状态下的水和空气）的介质流经测量管时的频率 ，可以得到密度与频率之间的线性关系。然后通过振动频率换 算到密度
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B形管质量流量计
• 流量测量系统由两个相互 平行的B形管组成。被测 流体经过分流器被均匀送 入两根B形测量管中，驱 动装置安装在两管之间的 中心位置，以某一稳定的 谐波频率驱动测量管振动。 在测量管产生向外运动时， 如图所示，直管部分被相 互推离开，在驱动器的作 用下回路L1'和L1''相互靠 近，同样回路L2'和L2''也 相互靠近。由于每个回路 都由一端固定在流量计主 体上，旋转运动在端区被 抑制因而集中在节点附近。
• TMF使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比，不需温度 传感器，压力传感器和计算单元等，仅有流量传感器，组成简 单，出现故障概率小。
• 热分布式仪表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想气体的双 原子气体，不必用这些气体专门标定，直接就用空气标定的仪 表，实验证明差别仅2%左右；用于Ar、He等单原子气体则乘系 数1.4即可；用于其他气体可用比热容换算，但偏差可能稍大些。
• 对加热探头的总能量正 比于质量流量，微处理 器是输出信号线性。
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恒功率法原理
• 传感器元件包括两个热电阻，其中一个是 感温电阻，另一个为加热电阻（温度高于 感温电阻），当无流量时，两个电阻的温 差最大，当有流量时，加热电阻温度降低， 两个电阻温差减少，由于两个RTD之间的 温差与过程流速及过程介质有关，从而与 流体的流量有关，因此，当有流量时，产 生温差.
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Ω形测量管质量流量计
当管子分开时，在振点前 的流体中产生的科里奥利 力与振动力方向相反，减 慢管子的运动速度；而在 振点之后管中流体产生的 科氏力与振动方向相同， 加快管子的运动速度。当 驱动器使管子靠近时，则 产生相反的结果。在A、B 两点的传感器可测的两处 管字运动的相位差，由此 可得到流过测管中流体的 质量流量。
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双直管形质量流量计
相对单直管来说双直管形可减少 压力损失，增大传感器感受信号， 其实际中的结构如图所示，驱动 器安放与中心位置，两个光电传 感器只与中心两侧对称位置上， 其中测量管受轴向力的影响很小。 当流体不流动时，光电传感器受 到的管子所产生的位移的相位是 相同的；当流体介质流过两根振 动的测量管时，便产生了科里奥 利力，这个力使测量管的振点两 边发生相反的位移，振点之前的 测管中流体介质使管子振荡衰减， 即管子位移速度减慢；振点之后 的测管中流体介质使振荡加强， 即管子位移速度加快。通过光电 传感器，测得两端的相位差，这 个相位差在振荡频率一定时正比 与测管计介绍
热式质量流量计缺点
• 热式质量流量计响应慢。 • 被测量气体组分变化较大的场所，因cp值和热导
率变化，测量值会有较大变化而产生误差。 • 对小流量而言，仪表会给被测气体带来相当热量。 • 对于热分布式TMF，被测气体若在管壁沉积垢层
影响测量值，必须定期清洗；对细管型仪表更有 易堵塞的缺点，一般情况下不能使用。 • 对脉动流在使用上将受到限制。 • 液体用TMF对于粘性液体在使用上亦受到限制。
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科里奥利力简介
•w = 角速度 •Fc = 科里奥利力 • = 相位差 •A,B =相位传感器 •y = 振幅 •t = 时间
~ Fc ~ m
质量流量计介绍
•科里奥利质量流量计的工作原理
•驱动线圈
•连接传感器和变送 器，提供电源，信 号通讯
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•连接管线
•检测线圈
•热电阻 (RTD) •变送器对检测线圈传输 来的信号进行处理
质量流量计介绍
质量流量计优点
直接测量质量流量，有很高的测量精确度。 可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固
形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压 气体。 测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍 件和活动件。 对应对迎流流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求。 测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值得值的 影响微小。 可做多参数测量，如同期测量密度，并由此派生出测量溶 液中溶质所含的浓度。
接测量科氏力的方法得到流体质量流量。 2.量热式质量流量计（热式质量流量计） 这种流量计是在流体管壁外设置热源，利用流动气体传
递的热量与质量的关系，在其上下游产生温度变化而得到 气体的质量流量。 3.冲量式质量流量计 这种流量计是利用物料流体在一定的高度下落的冲量产 生的力，采用直接测力方法而得到流体质量流量。
•Theory - 5
质量流量计介绍
原理总结
•D =相位差 •m = 质量流量 • W= RTD 电阻 •fR =谐振频率 • =密度 •T = 温度
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~ m •fR ~ W ~ T
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S形测量管质量流量计
•如图所示，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。
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恒温差法原理
• 流速传感器的温度高于 感温传感器一定温度 △T。当气体流经流速 传感器时，产生热量扩 散，这样电路单元提供 相应的能量使两个传感 器温差维持恒定温度 △T ，电路单元提供的 能量与电流成比例关系， 通过输出电信号可测出 流量。
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U形测量管质量流量计
电磁驱动系统以固定频率 驱动U形测量管振动，当 流体被强制接受管子的垂 直运动时，在前半个振动 周期内，管子向上运动， 测量管中流体在驱动点前 产生一个向下压的力，阻 碍管子的向上运动，二在 驱动点后产生向上的力， 加速管子向上运动。这两 个力的合成，使得测量管 发生扭曲；在振动的另外 半周期内，扭曲方向则相 反。
•流量管
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•科里奥利质量流量计的工作原理
✓ 在双管型质量流量计当中，入口处 的分流管把流入的介质均等地一分为 二，送到两根测量管中，这样保证了 100%的介质流经测量管 ✓ 两根测量管由于驱动线圈的作用， 产生以支点为轴的相对震动。当测量 管中有流量时，产生如图所示的科里 奥利现象。
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J形管质量流量计
当测量管中的流体以 一定速度流动时，由 于振动的存在使得测 量管中的流体产生一 个科氏力效应。此科 氏力作用在测量管上， 但在上下两支管上所 产生的科氏力的方向 不同，管的直管部分 产生不同的附加运动， 即产生一个相对位移 的相位差。
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单直管形质量流量计
• 当测量管中流体以速度V在 管中流动时，由于受到C点 振动力的影响（此时的振 动力是向上的），流体质 点从A点运动到C点时被加 速，质点产生反作用力F1， 使管子向上运动速度减慢； 而在C点到B点之间，流体 质点被减速，使管子向上 的运动速度加快。结果在C 点两边的这两个方向相反 的力使管子产生一个变形， 这个变形的相位差与测管 中流体流过的质量流量成 正比。
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恒功率法原理
• 参比RTD测量流 体温度
• 电子单元使加热 元件以恒功率加 热，在没有流体 时温度较高，有 流体时温度较低
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恒功率法原理
• 当质量流量增加， 流体分子冷却加热 单元
• 非参比RTD测量温 度降低
• 电子单元转换为流 量信号
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U形测量管质量流量计
• 测量管扭曲的程度，与流体流 过测量管的值来质量流量成正 比，在驱动点两侧的测量管上 安装电磁感应器，以测量其运 动的相位差，这一相位差直接 正比于流过的质量流量。 在双U形测量管结构中，两根 测量管的振动方向相反，使得 测量管扭曲相位相差180度， 如图所示。相对单测量管型来 说，双管型的检测信号有所放 大，流通能力也有所提高。
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为什么要测量质量流量?
•质量 1 •体积 1
•质量2 •体积 2
•温度变化 •体积1 体积 2 •质量 1 = 质量 2
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质量流量计的分类
1.科里奥利式质量流量计 这种流量计是利用流体在振管内产生的科氏力，采用直
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双环形测量管质量流量计
• 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，在振幅最 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。
•Theory - 3
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•质量流量检测原理
•无流量
•Time •mV
•低流量
•Time •mV
•高流量
•Time •mV
•在没有流量的情况下，入口和出口处检测线圈监测到的交流 电信号是同相位的。当有流量的时候，由于科里奥利作用，流 量管产生扭曲，两端的检测线圈输出的交流电信号存在相位差 。流量越大，相位差就越大，而且其相位差 T 与流量的大小 成正比关系。这样，可以利用 T 作为质量流量的标定系数， 即可以用T 来表示每秒有多少克的质流量量流流量计过介绍
恒温差法原理
• 参比RTD测量气体 温度
• 电子单元给加热探 头持续提供能量
• 通过电子单元调解， 保持恒温差
• 随着质量流量的增 加，气体分子将热 量扩散开来。
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恒温差法原理
• 电子单元感应△T的减 少并且增加能量以维持 恒温差△T
• 随着质量流量的减少， 电子单元减少对加热探 头的能量供应。