科里奥利质量流量计介绍
科里奥利质量流量计介绍
科里奥利质量流量计介绍
科里奥利效应是指在涡流场中,流体沿着一个旋转流体的方向移动时,会偏离预期的线性路径。
这种偏离是由于作用在流体上的科里奥利力所致。
科里奥利力是一个由旋转涡流引起的惯性力,它是垂直于涡流方向的。
科里奥利质量流量计的核心部件是一个弯曲的管道,其中涡流发生器
被放置在管道内。
当流体通过管道时,涡流发生器会在流体中生成一个旋
转涡流。
科里奥利质量流量计通过测量旋转涡流对流体流动的影响来确定
流体的质量流量。
流体通过涡流发生器后,会在输出端的另一侧产生一个偏转。
科里奥
利质量流量计使用传感器检测并测量这个偏转的角度。
根据偏转角度的大小,可以计算出流体通过的质量,并进而确定质量流量。
科里奥利质量流量计具有许多优点。
首先,它可以在高温、高压和腐
蚀性环境下进行工作,适用于各种流体,如液体、气体和蒸汽。
其次,它
不受流体密度、粘度和温度的影响,具有较好的测量精度和重复性。
此外,由于科里奥利质量流量计不需要额外的压力表和温度计,因此安装和维护
相对简单。
然而,科里奥利质量流量计也存在一些限制。
首先,对于粘度较高的
流体,流动的惯性会减小,从而影响测量的准确性。
其次,由于涡流发生
器的存在,流体流动会引起一定的压降,可能对一些应用造成不便。
总结起来,科里奥利质量流量计是一种可靠、高精度的流体质量测量
仪器。
它的工作原理基于科里奥利效应,利用旋转涡流对流体流动的影响
来确定质量流量。
尽管存在一些限制,但科里奥利质量流量计在许多领域
中都得到了广泛的应用。
科里奥利质量流量计
优点与缺点
优点
缺点
优点
科里奥利质量流量计直接测量质量流量,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。
不能用于较大管径,目前尚局限于150(200)mm以下。 测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度,尤其对薄壁管测量管的科里奥利质量流量计更为显着。 压力损失较大,与容积式仪表相当,有些型号科里奥利质量流量计甚至比容积式仪表大100%。 大部分型号科里奥利质量流量计重量和体积较大。 价格昂贵。国外价格5000 ~美元一套,约为同口径电磁流量计的2 ~5倍;国内价格约为电磁流量计的2~ 8倍。
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基本介绍
基本介绍
流体为了反抗这种强迫振动,会给管子一个与其流动方向垂直的反作用力,在这种被叫做科里奥利效应力的 作用下,管子的震动不同步了,入口段管与出口段管在振动的时间先后上会出现差异,(差异是由于入口段和出 口段流体流向是相反的),这叫做相位时间差。这种差异与流过管子的流体质量流量的大小成正比。如果通过电 路能检测出这种时间差异的大小,则就能将质量流量的大小给确定了。这种流量计被称作科里奥利直接质量流量 计,它与世界上目前在用的几十种常规容积式流量计的最大不同是它测的质量的大小,使用的单位是kg/h。用质 量(如千克)作单位的流量计比用容积(如立升或立方米)作单位的容积式流量计要准确和恒定。因为质量是遵 循守恒定律的。
科里奥利质量流量计工作原理
科里奥利质量流量计工作原理
科里奥利质量流量计是一种常用的流量测量仪器,它利用科里奥利效应来测量气体的质量流量。
其工作原理如下:
1. 气体进入流量计后,流经一个热电偶和一个辅助热电偶。
热电偶的位置要求在气体的流动方向上。
2. 两个热电偶都受到一个恒定的加热电流作用,使其保持在一定的温度差(通常为10℃)。
3. 气体流过热电偶时,根据科里奥利效应,热电势的大小与流过热电偶的气体的质量成正比。
4. 由于气体的质量流量与流过热电偶的气体的质量有关,所以可以通过测量热电势的大小来得到气体的质量流量。
5. 测量到的电位信号经过放大和处理后,可以将其转换为标准的电流信号或数字信号,以便进行进一步的分析和记录。
总结起来,科里奥利质量流量计通过测量气体流过热电偶时引起的热电势变化来间接地得到气体的质量流量。
这种测量原理简单可靠,并且对气体的压力和温度变化不敏感,因此在工业自动化控制和科学研究领域得到广泛应用。
质量流量计
质量流量计
1 质量流量计简介
流体在旋转的管内流淌时会对管壁产生一个力,它是科里奥利在1832年讨论水轮机时发觉的,简称科氏力。
质量流量计以科氏力为基础,在传感器内部有两根平行的T型振管,中部装有驱动线圈,两端装有拾振线圈,变送器供应的激励电压加到驱动线圈上时,振动管作往复周期振动,工业过程的流体介质流经传感器的振动管,就会在振管上产生科氏力效应,使两根振管扭转振动,安装在振管两端的拾振线圈将产生相位不同的两组信号,这两个信号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。
计算机解算出流经振管的质量流量。
不同的介质流经传感器时,振管的主振频率不同,据此解算出介质密度。
安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。
质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量,还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。
由于变送器是以单片机为核心的智能仪表,因此可依据上述三个基本量而导出十几种参数供用户使用。
质量流量计组态敏捷,功能强大,性能价格比高,是新一代流量仪表。
质量流量计的主要技术指标
(1) 主要参数:
质量流量精度: 0.002流量零点漂移
密度测量精度: 0.003g/cm3
密度测量范围: 0.5~1.5g/cm3
温度测量范围: 1C
(2) 传感器相关数据:
环境温度: -40~60C
介质温度: -50~200C
防爆类型: iBⅡBT3
关联设备: 配套变送器
(3) 变送器相关数据:
工作温度: 0~60C
相对湿度: 95%以下
电源: 22023%VAC,50Hz或245%VDC,40W。
科里奥利质量流量计工作原理
科里奥利质量流量计工作原理
科里奥利质量流量计是一种基于科里奥利效应的流量测量仪表,用于测量流体的质量流量。
它利用了科里奥利定律,即当流体流经一根装有电磁线圈的传感器时,由于流体的速度和温度的变化,会在传感器中产生一个感应电势。
具体工作原理如下:
1. 流体通过流量计中的管道,以一定的速度流动。
流速较高的流体具有较高的科里奥利效应,即会在传感器中产生较大的感应电势。
2. 流量计中的电磁线圈产生一个交变磁场,用于感应流体中的电势。
3. 流体中的电势受到磁场的作用,会在流量计中产生一个感应电势。
这个感应电势与流体的速度和温度相关。
4. 流量计中的电路测量和分析这个感应电势,根据科里奥利定律的原理,将感应电势转化为流体的质量流量。
5. 流量计中的计算机或显示屏会将质量流量信息显示出来,以供用户监测和控制。
总结来说,科里奥利质量流量计通过测量流体中的感应电势,利用科里奥利定律将其转化为质量流量信息。
它具有准确、稳定等特点,广泛应用于流体测量和控制领域。
科里奥利质量流量计
科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计(简称科氏力流量计)是一种利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理来直接测量质量流量的仪表。
科氏力流量计结构有多种形式,一般由振动管与转换器组成。
振动管(测量管道)是敏感器件,有U 形、Ω形、环形、直管形及螺旋形等几种形状,也有用双管等方式,但基本原理相同。
下面以U 形管式的质量流量计为例介绍。
图8 科氏力流量计测量原理图8所示为U 形管式科氏力流量计的测量原理示意图。
U 形管的两个开口端固定,流体由此流入和流出。
U 形管顶端装有电磁激振装置,用于驱动U 形管,使其铅垂直于U 形管所在平面的方向以O-O 为轴按固有频率振动。
U 形管的振动迫使管中流体在沿管道流动的同时又随管道作垂直运动,此时流体将受到科氏力的作用,同时流体以反作用力作用于U 形管。
由于流体在U 形管两侧的流动方向相反,所以作用于U 形管两侧的科氏力大小相等方向相反,从而使U 形管受到一个力矩的作用,管端绕R —R 轴扭转而产生扭转变形,该变形量的大小与通过流量计的质量流量具有确定的关系。
因此,测得这个变形量,即可测得管内流体的质量流量。
设U 形管内流体流速为u ,U 形管的振动可视为绕O-O 为轴的瞬时转动,转动角速度为ω若流体质量为m ,则其上所作用的科氏力为2F m u ω=⨯ (1-11) 式中,F 、ω、u 均为矢量,ω是按正弦规律变化的。
U 形管所受扭力矩为112224M F r F r Fr m ur ω=+== (1-12) 式中12F F F F ===,12r r r ==为U 形管跨度半径。
因为质量流量和流速可分别写为:/m q m t =,/u L t =,式中t 为时间,则上式可写为4m M rLq ω= (1-13) 设U 型管的扭转弹性模量为s K ,在扭力矩M 作用下,U 型管产生的扭转角为θ。
故有(1-14)因此,由上两式得4s m K q rL θω= (1-15) U 型管在振动过程中,θ角是不断变化的,并在管端越过振动中心位置Z-Z 时达到最大。
科里奥利质量流量计 工作原理
科里奥利质量流量计工作原理科里奥利质量流量计是一种流体测量仪器,广泛应用于工业生产和科学技术领域。
它可以精确地测量流体的质量流量,保证产品质量和生产效率。
本文将从科里奥利质量流量计的定义、工作原理和应用等方面进行详细介绍。
一、科里奥利质量流量计的定义科里奥利质量流量计是一种利用科里奥利效应进行流量测量的仪器。
它可以直接测量流体的质量流量,而不需要知道流体的密度和压力等参数,十分方便和精确。
二、科里奥利质量流量计的工作原理1.科里奥利效应科里奥利效应是指在磁场作用下,热流和磁场方向垂直时,电导率不同的金属导体中,电流密度和温度梯度之间产生的横向电场效应。
通过这种效应,可以测量流体的速度和质量流量等参数。
2.传感器结构科里奥利质量流量计一般由传感器和智能采集器两部分组成。
传感器一般采用平板铜磁力计结构,平板铜磁力计上有几个测量电极。
当液体通过传感器时,由于液体的速度不同,会在平板铜磁力计上产生不同的热量,导致电阻值发生改变,从而引起电势差的改变。
3.计算方法科里奥利质量流量计通过测量液体通过传感器时的电势差和液体的速度等参数,来确定液体的质量流量。
其计算方法如下:质量流量=密度×速度×截面积其中,密度和截面积可以通过其他方法得到,而速度可以通过电势差的变化来测量。
具体而言,是通过测量相邻电极间的电势差来计算液体的速度,从而推算出质量流量。
三、科里奥利质量流量计的应用科里奥利质量流量计广泛应用于各种液体和气体的质量流量测量中。
它可以被用于石油、天然气、化工、医药、食品饮料等不同领域,以精确计量流体的质量,保证产品的质量和生产的效率。
总之,科里奥利质量流量计是一种高效、精确的流量测量仪器,它利用科学的原理和计算方法,能够直接测量流体的质量流量,对于维护和提升产品质量有着非常重要的作用。
科式质量流量计简介
按测量管形状分类
直形测量管的CMF不易积存气体及便于清洗。垂 直安装测量浆液时,固体颗粒不易在暂停运行时 沉积于测量管内。流量传感器尺寸小,重量轻。 但钢刚性大,管壁相对较薄,测量值受磨蚀腐蚀 影响大。 有些型号直形测量管仪表的激励频率较高,在 600 ~1200Hz之间(弯形测量管的激励频率仅 40 ~150Hz之间),不易受外界工业振动频率 的干扰。 近年国外原主张并生产弯曲形测量管的CMF制造 厂,亦竟相开发直形测量管CMF,它有日益增加 的趋势。
按测量管流动方向和工艺管道流动 方向布置方式分类
平行方式:测量管的布置使流体流动方向 和工艺管道流动方向平行 垂直方式:测量管的布置与工艺管垂直, 流量传感器整体不在工艺管道振动干扰作 用的平面内,抗管道振动干扰的能力强
分类
型号表示方式
公制通径 英制通径 额定流量
精度指标及表示方式
有些国内厂家使用(基本精度±零点稳定 性) 更常用的方式, (基本精度)(≥) (基 本精度±零点稳定性)
流体工况或物性参量对流量测量的 影响
温度影响 压力影响 密度影响 粘度影响
温度影响
介质温度或环境温度变化会改变测量振动 管的杨氏模量 影响零漂的结构等各种因素 杨氏模量的温度系数可通过补偿减少其影 响;零漂影响由于是受振动管几何形状和 结构件的非对称性所形成,因此难以减小 消除
压力影响
液体静压增大会使测量振动管绷紧,产生一个负 向偏差 压力影响量取决于测量管管径、壁厚和形状 小口径仪表由于壁厚管径比大,影响量小;大口 径仪表则壁厚管径比小,影响量大 校准时压力0.2MPa为基准,CMF100型仪表 (口径25mm)压力影响量为-0.03% R/MPa, CMF200型(口径40/50mm)为0.12%R/MPa;D系列较大,D300型(口径 80/100mm)为-1.35%MPa, D600(口径 150/200mm)为-0.75%MPa
科里奥利质量流量计的测量原理
科里奥利质量流量计的测量原理
科里奥利质量流量计是一种基于科里奥利力的原理测量流体质量流量的仪器。
其测量原理如下:
1. 科里奥利力的原理
科里奥利力是一种惯性力,当流体流经管道时,如果管道发生突然变窄或弯曲,流体会偏离原来的流动方向,从而产生一股离心力。
这股力就是科里奥利力。
2. 测量原理
科里奥利质量流量计通常由一个带有流量整流装置的进口段、一个测量管和一个出口段组成。
测量管中安装有一个障碍物,称为科里奥利元件或测量元件。
当流体流经测量管时,流体会绕过科里奥利元件,从而产生科里奥利力。
这股力作用于测量管上,使管道发生微小的形变。
3. 测量过程
科里奥利质量流量计利用应变传感器测量管道形变的程度。
管道形变的程度与流体的质量流量成正比。
通过测量管道形变,并将其与已知的标定数据进行比较,就可以确定流体的质量流量。
4. 优点
科里奥利质量流量计具有以下优点:
- 测量准确度高,重复性好;
- 对流体物性变化不敏感,可测量各种流体;
- 无移动部件,结构简单,维护方便;
- 压力损失较小,能耗低。
科里奥利质量流量计广泛应用于石油、化工、食品、制药等行业,是测量质量流量的理想仪器。
科里奥利质量流量计介绍
科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计(Coriolis Mass Flowmeter)简称科氏力流量计,是利用流体在振动管中流动时,将产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理测量的.由于它实现了真正意义上的高精度的直接流量测量,具有抗磨损、抗腐蚀、可测量多种介质及多个参数等诸多优点,现已在石油化工、制药、食品及其他工业过程中广泛应用。
科氏力质量流量计计量准确、稳定、可靠,在需要对流体进行精确计量或控制的场合选用较多,但其售价较高,在不需要精确计量及控制的场合一般选用其他质量流量计代替。
科氏力质量流量计对于液体和气体都可选用,但是在现场应用中,氢气流量的精确测量一般都选用热式质量流量计。
在我国,艾默生高准公司的科里奥利质量流量计已在兰州石化、安庆石化、新疆塔河油田、中国海洋石油等中低压天然气中的流量计量得到良好的应用.2007年末,高准公司的科里奥利质量流量计,顺利通过了中国最权威的原油大流量计量站成都天然气流量分站(CVB)的天然气实流测试,测量精度达到0.5%,并具有良好的重复性。
1 科里奥利质量流量计的工作原理科氏力流量计由传感器和变送器两大部分组成。
其中传感器用于流量信号的检测,主要由分流器、测量管、驱动、检测线圈和驱动、检测磁钢构成,如图1所示。
变送器用于传感器的驱动和流量检测信号的转换、运算及流量显示、信号输出,变送器主要有电源、驱动、检测、显示等部分电路组成。
所有流量计都必须人为地建立一个旋转体系,以双“U”型测量管传感器为例,用电磁驱动的方法使“U"型测量管的回弯部分作周期性的微小振动。
这相当于使“U"型管绕一个固定轴(OO 轴)作周期性时上时下的旋转,其旋转方向周期性的变化,像钟摆一样运动。
“U”型管的出入口段被固定,这样就建立一个以“U”形管出入口段为固定轴的旋转体系。
传感器力学分析如图2所示.当测量管向上振动但无流体流过时,运用右手螺旋法则,四指指向旋转方向,则大拇指指向的方向为外加驱动的圆频率ω。
流量计厂家告诉你,什么是科里奥利质量流量计
流量计厂家告诉你,什么是科里奥利质量流量计科里奥利(科氏力)质量流量计运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用为原理。
传感器由振动管(测量管)、信号检测器、振动驱动器、支撑结构和壳体组成。
变送器以微处理器为核心,它向传感器提供驱动力,并将传感器测量的信号转换为质量流量信号,还有根据温度参数对质量流量和密度测量进行补偿、修正的功能,变送器输出电流信号或频率信号,可按一定的协议与DCS通信。
质量流量计是嘉可自动化仪表根据科里奥利力原理开发的一种新型的流量测量仪表,可直接测量封闭管道内流体的质量流量和介质的密度。
质量流量计由流量测量传感器和信号转换器两部分组成。
一、主要特点1、能够直接测量流体的质量流量(这对能源的计量和化学反应等生产过程检测控制具有重要意义)2、测量准确度高(测量准确度可保证在0.1%~0.5%)3、可测比较大,一般保证基本准确度的可测比为10:1或20:14、应用范围广,除正常的流体测量外还可测量一般流体测量仪表较难测量的工业介质,如高粘度流体、各种浆液、悬浮液等5、可在线测量被测介质的密度、温度等参数,并以此派生测量溶液中溶质的浓度6、安装要求不高,对上下游直管段没有什么要求7、运行可靠、维修率低二、应用领域质量流量计的特点确定了流量计可以在下述领域中得到广泛的应用:●流体能源、流体原料、产品的计量,例如石油、化工原料及产品的装车(装船)、卸车(卸船)的计量及包装计量;●石油、化工、食品、医药行业生产过程对物料的精准计量、控制;●高粘度物料的在线计量,例如沥青、重油、油脂的计量;●有悬浮物及固体颗粒物物料的计量,例如水泥浆、石灰浆的计量;●易凝固物料的保温计量,例如沥青等易凝固物料的计量实现保温状态工作;●中高压气体的精确计量,例如CNG石油天然气的计量;●微小流量测量,例如精细化工及医药行业微小流量的测量;●在线测量介质的密度,并以此派生出测量溶液的溶质所含的浓度,例如石灰浆液石灰浓度测量;●超低温介质流量的测量,例如液氮、液氧等液化气的测量;●高温介质的流量测量,例如高温油(温度可达200~300℃)的测量;●高压介质的流量测量,例如石油钻井固井用水泥浆流量的测量等。
流量测量的科里奥利流量计
流量测量的科里奥利流量计科里奥利流量计是一种常用的流量测量装置,利用科里奥利效应(Coriolis effect)原理来测量流体的流量。
科里奥利效应是指当流体通过振动的弯曲管道时,由于系统的旋转引起的离心力会导致流体产生一个横向偏转,这个偏转可以用来测量流体的质量流量。
流量计的基本原理是通过将流体通过U形弯曲管道,并在管道上设置一对相互平行振动的弯曲振动管。
当流体通过管道时,它会产生一个受离心力作用的横向偏转,并被传感器检测到。
这个偏转的量与流体的质量流量成正比,因此可以通过测量振动管的位移来计算出流体的流速和质量流量。
科里奥利流量计的主要优点是能够直接测量流体的质量流量,而不是通过速度或压力差间接计算。
这使得科里奥利流量计能够提供更准确的测量结果,并且具有很高的精度和重复性。
另外,科里奥利流量计对于流体的稠度和温度变化具有较好的适应性,并且不受流体密度变化的影响。
它还可以测量多种不同类型的流体,包括气体、液体和蒸汽等。
科里奥利流量计的结构通常由一对振动管、传感器、电子控制器和显示器等组成。
振动管通常由不锈钢等材质制成,具有高强度和较好的耐腐蚀性。
传感器用来检测振动管的振动位移,并将其转换成电信号传输给电子控制器。
电子控制器则负责处理传感器信号、计算质量流量并将结果显示在显示器上。
科里奥利流量计的使用范围广泛,包括石油化工、制药、食品加工、水处理等领域。
在石油化工行业中,科里奥利流量计可用于原油、炼油产物、天然气和化工产品的流量测量。
在制药行业中,科里奥利流量计可用于注射液、溶剂、酸碱溶液等药液的流量控制。
在食品加工行业中,科里奥利流量计可用于测量牛奶、果汁、酒精等饮料的流量。
在水处理领域,科里奥利流量计可用于测量供水、废水和工业循环水的流量。
总的来说,科里奥利流量计是一种精确、可靠的流量测量装置,具有广泛的应用前景。
随着技术的进步和不断的改进,科里奥利流量计将更加完善,为工业流量测量提供更准确、稳定的解决方案。
科里奥力质量流量计
科里奥力质量流量计科里奥力质量流量计是一种用于测量流体中质量流量的仪器。
它是根据科里奥利定理的原理设计和工作的。
科里奥利定理是描述了流体在旋转过程中的力学行为的定理。
通过利用科里奥利定理,我们可以测量流体中的质量流量。
科里奥力质量流量计的主要组成部分包括流量计、传感器和控制系统。
流量计是一个装有旋转叶片的装置,当流体通过流量计时,叶片会受到流体的作用力而旋转。
传感器会测量叶片旋转的角速度,并将其转化为质量流量的数值。
控制系统会对传感器输出的数据进行处理和分析,并提供相应的显示和输出。
科里奥力质量流量计的工作原理是基于科里奥利定理的。
根据科里奥利定理,流体在旋转过程中会受到离心力的作用,而离心力与流体的质量和角速度成正比。
当流体通过流量计时,叶片会受到流体的离心力作用,并导致叶片旋转。
传感器会测量叶片旋转的角速度,并将其转化为质量流量的数值。
科里奥力质量流量计具有许多优点。
首先,它可以实时测量流体中的质量流量,无需对流体进行抽样和分析。
其次,它可以适用于各种类型的流体,包括液体和气体。
此外,科里奥力质量流量计具有较高的精度和可靠性,可以广泛应用于工业生产和科学研究领域。
使用科里奥力质量流量计需要注意一些事项。
首先,流量计的选型应根据流体的性质和流量范围进行选择。
其次,流体在进入流量计之前应保持稳定的状态,以保证测量的准确性。
另外,流量计的安装和维护应符合相关的技术要求和操作规程。
总之,科里奥力质量流量计是一种重要的流量测量仪器,它可以实时测量流体中的质量流量,并具有高精度和可靠性。
它在工业生产和科学研究中具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展,科里奥力质量流量计的性能和功能将不断得到改进和完善。
HJ46科里奥利质量流量计
HJ46科里奥利质量流量计一、概述科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是利用流体在振动管中流动时,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。
开发科里奥利力原理的流量仪表始于50年代初,由于未能解决使流体在直线运动的同时还要处于一旋转系的实用性难题,一直未能达到工业推广应用阶段,直到1976年美国James Smith氏发明将两种运动结合起来的振动管式质量流量计,后来才由美国Micro Motion公司首先推向市场。
到80年代中期各仪表厂相继开发,迄至1992世界各国已近20家制造厂推出各种形式的CMF。
迄至1991年世界范围CMF装用量估计11万~13万台之间,近年销售量估计每年在几万台以上。
在我国CMF的应用起步较晚,从80年代中期引进成套装置带进少量仪表开始,到技术改造所需单台进口一定数量,迄至1992年估计装用量在1000~2000台之间。
近年已有几家制造厂家自行开发了几种管径的CMF供应市场;还有几家制造厂组建合资企业或引进国外技术生产系列仪表。
二、原理和结构如图所示,当质量m的质点以速度V在对P轴作角速度ω旋转的管道内移动时,质点受两个分量的加速度及其力:(1)法向加速度,即向心力加速度ar,其量值等于ω2r,方向朝向P轴;(2)切向加速度at ,即科里奥利加速度,其量值等于ωV,方向与ar垂直。
由于复合运动,在质点的ar 方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm,管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。
当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时,任何一段长度ΔX的管道都将受到一个ΔFc的切向科里奥利力。
ΔFc=2ωVρAΔX式中A-管道的流通内截面积。
由于质量流量即为δm ,δm=ρVA,所以ΔFc =2ωδmΔX因此,直接或间接测量在旋转管道中流动流体所产生的科里奥利力就可以测得质量流量,这就是CMF的基本原理。
然而通过旋转运动产生科里奥利力是困难的,目前产品均代之以管道振动产生的,即由二端固定的薄壁测量管,在中点处以测量管谐振或接近谐振的频率(或其高次谐波频率)所激励,在管内流动的流体产生科里奥利力,使测量管中点前后两半段产生方向相反的挠曲,用光学或电磁学方法检测挠曲量以求得质量流量。
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科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计(Coriolis Mass Flowmeter)简称科氏力流量计,是利用流体在振动管中流动时,将产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理测量的。
由于它实现了真正意义上的高精度的直接流量测量,具有抗磨损、抗腐蚀、可测量多种介质及多个参数等诸多优点,现已在石油化工、制药、食品及其他工业过程中广泛应用。
科氏力质量流量计计量准确、稳定、可靠,在需要对流体进行精确计量或控制的场合选用较多,但其售价较高,在不需要精确计量及控制的场合一般选用其他质量流量计代替。
科氏力质量流量计对于液体和气体都可选用,但是在现场应用中,氢气流量的精确测量一般都选用热式质量流量计。
在我国,艾默生高准公司的科里奥利质量流量计已在兰州石化、安庆石化、新疆塔河油田、中国海洋石油等中低压天然气中的流量计量得到良好的应用。
2007年末,高准公司的科里奥利质量流量计,顺利通过了中国最权威的原油大流量计量站成都天然气流量分站(CVB)的天然气实流测试,测量精度达到0.5%,并具有良好的重复性。
1 科里奥利质量流量计的工作原理科氏力流量计由传感器和变送器两大部分组成。
其中传感器用于流量信号的检测,主要由分流器、测量管、驱动、检测线圈和驱动、检测磁钢构成,如图1所示。
变送器用于传感器的驱动和流量检测信号的转换、运算及流量显示、信号输出,变送器主要有电源、驱动、检测、显示等部分电路组成。
所有流量计都必须人为地建立一个旋转体系,以双“U”型测量管传感器为例,用电磁驱动的方法使“U”型测量管的回弯部分作周期性的微小振动。
这相当于使“U”型管绕一个固定轴(OO 轴)作周期性时上时下的旋转,其旋转方向周期性的变化,像钟摆一样运动。
“U”型管的出入口段被固定,这样就建立一个以“U”形管出入口段为固定轴的旋转体系。
传感器力学分析如图2所示。
当测量管向上振动但无流体流过时,运用右手螺旋法则,四指指向旋转方向,则大拇指指向的方向为外加驱动的圆频率ω。
当流体流入“U”形管时,由于惯性,流体将反抗“U”形测量管强加给它的垂直动量的改变:在“U”形管的入口段,在管子向上振动期间,流体将压管子向下,而在“U”形管的出口段,流体将推管子向上,于是测量管被扭曲如图3所示。
这就是科里奥力的作用结果。
右手定则可以确定科里奥力的方向,当大拇指代表ω 方向,食指代表V方向,则中指的反方向即为科氏力Fc 的方向。
在图2中,Fc′和的箭头表示科氏力的方向。
当“U”形管被向下驱动时(ω 方向反向),则Fc 和Fc′ 亦反向。
通过力学公式推导,可得到质量流量的表达式如式(1)所示:Q m = (Ks/8r2) * ∆t(1)式(1)中Q m为流体质量流量;Ks为测量管的角弹性系数;r 为回弯管半宽度。
∆t 为流体流过传感器左右检测器时产生的时间差,也就是两组检测信号的相位差,如图4所示。
由式(1)可知,质量流量Q m与两组电磁检测器检出信号的时间差成正比,而与振动的频率及角速度等均无关,根据这一原理,质量流量计将∆t转换成脉冲信号(0kHz~10kHz)或电流信号(4mA~20mA DC)、电压信号(1V~5V DC)输出并显示流体质量,从而解决了质量流量的直接测量问题。
图4 质量流量正比于时间差∆tFig.4 Mass flow propotional to time difference ∆t2 科里奥利质量流量计的选用由于科里奥利质量流量计是一种直接式质量流量计,因而具有许多其他流量计无可比拟的优点:(1)实现了真正的、高精度的直接质量流量测量。
精度一般可达0.1%~0.2%,重复性优于0.1%。
(2)可以测量多种介质,如油品、化工介质、造纸黑液、桨体及天然气等。
(3)流体的介质密度、黏度、温度、压力、导电率、流速分布等特性对测量结果影响较小。
(4)无可动部件,流量管内无障碍物,便于维护。
科氏力流量计的选择一般主要考虑其性能和可靠性。
性能包括各种指标,如准确度、量程利用率、压力损失和量程能力等。
可靠性需要实践的检验。
准确度主要包括:偏差、重复性、线性和回滞。
有3种描述方式:流量百分比准确度、满量程准确度和带零稳点稳定度的准确度。
不同的厂家可能以不同的方式给出,比较时应考虑到这一点。
其中带零点稳定度的准确度更能体现科氏力流量计在整个流量范围内的准确度,因为零点稳定度表示了流量计测量实际零流量的能力。
根据操作条件和传感器的最大流量,预选出传感器的规格(公称管径),计算出压力损失是选型工作的一个重要环节。
不实际的高流量会引起高的压力损失,但由于灵敏度高,准确度就好。
相反,低流量会使压力损失降低,灵敏度低,准确度较差。
所以,选择的时候要综合考虑,在尽可能低的压力损失下得到高的流量灵敏度和准确度。
量程能力(相对mA 输出,最大量程和最小量程的比值)也是一个考虑因素。
如果使用mA 输出信号的话,与许多其他常规仪表的选择一样。
量程利用率(额定流量与瞬时流量的比值)也很重要,一般可通过厂家给出的科氏力流量计在各种流速下的量程利用率、压力损失和准确度曲线来计算其在给定应用中的性能。
3 科里奥利质量流量计的安装从质量流量计的工作原理可知,流量计的安装有以下一些要求:(1)传感器和变送器出厂前是配套标定的,安装时须一一对应。
如果更换了变送器,又没有重新配套标定,虽可通过组态重新输入使系统参数运行,但却可能产生一定的系统误差。
(2)传感器、变送器及电缆安装应尽量避免电磁干扰,如远离大型电动机、继电器等。
(3)传感器振管内应保证充满被测介质,尽量避免夹气。
例如,可在流量计前安装消气器,提高出口备压等;针对不同性质的被测介质,有T 型、倒T型及旗式等3 种安装方式。
(4)为保证流体均匀、均质地通过振管,传感器应安装在节流装置、阻流元件之前,或是安装在一定长度的直管段之后。
(5)传感器法兰前后6~10倍管径长度处必须加装具有足够刚度和质量的支撑,且支撑必须与管线可靠固定,避免管道振动干扰振管振动,引起测量误差。
(6)安装时传感器与管道要同轴对准,无论轴向还是径向,均应尽量做到无应力安装。
综上所述,科氏力流量计是一种新型的流量测量仪表;它具有其它流量计所没有的一些优点,测量精度仅与传感器左右检测时间差信号有关,因此在很多领域得到了越来越广泛的应用。
但使用环境振动不能太大,且要正确地设计选型及安装。
4 澄清会谈判注意事项质量流量计的进口产品供货商主要有德国科隆,艾默生和E+H三家。
德国科隆的价格便宜点,质量和测量精度稍差一些,一般2寸左右的售价在7到8万,艾默生和E+H价格差不多,E+H的同口径质量流量计要稍微便宜一些,一般2寸左右的售价在10万以上。
国内的供货商主要有上海一诺和西安东风,价格比德国科隆的要稍微便宜一些,质量可靠,很多石化项目都在用。
在进行质量流量计澄清会的时候,主要讨论的问题是测量精度、压损和流速、变送器的安装位置、选材、供电、防爆等级等。
4.1 测量精度质量流量计的测量精度一般分为计量级和控制级两种,计量级一般用于需要精确计量的原料进料、产品出料等的流量测量,控制级一般用于将流量控制稳定以保证工艺过程的稳定。
对于质量流量计,控制级的测量精度一般在2‰或1.5‰,计量级的测量精度一般在1‰或1.5‰。
具体测量精度要求控制级还是计量级由工艺专业根据实际情况提供。
艾默生和E+H 的质量流量计同样口径的控制级要求和计量级要求的流量计价格差距较大,计量级的要高30%~50%,而且当尺寸大于4寸时,一般只有计量级流量计,没有控制级流量计。
4.2 压损和流速对于流量计的选型来说,压损和流速是需要重点关注的两个参数。
所谓压力损失是指流体经过仪表后, 由于测量振动管内径小于工艺管道的内径以及结构上的弯道等所造成的入口端和出口端的压力差。
压力损失又称压力降, 是一种永久性损失, 其实质是能量损失,需要额外消耗整个管路系统的动能,若压降过大,有可能导致工艺条件不满足。
质量流量计的测量精度需要在合适的流速下才能达到要求,当管道较大,测量流量较小时,就需要选用缩径的流量计以保证流速和测量精度,但是缩径太多,流量计的前后压差会太大,有可能超过工艺要求的最大允许压差,不满足工艺要求。
当然流速也不是越大越好,首先流速大,压降肯定大,另外对流量计的冲刷能量大,影响流量计的测量精度和使用寿命,一般流速不超过10m/s。
因此,在选用流量计的时候,需要兼顾测量精度和允许压差这两项要求。
有了质量流量计的口径和流量要求,就可以通过专门的软件来计算最大流量时的压损和流速。
4.3 变送器的安装形式质量流量计变送器的安装形式一般有一体式和分体式两种。
一体式主要用在常温流体的流量测量,分体式一般用于高温流体或超低温流体的流量测量。
艾默生质量流量计变送器的安装形式选用原则是:当温度低于200摄氏度时,变送器选用一体式的安装形式;当温度高于200摄氏度,低于350摄氏度时选用分体式安装形式;当温度高于350摄氏度时,不适合选用质量流量计E+H质量流量计变送器安装形式选用原则:当温度高于-100摄氏度,低于220摄氏度时选用一体式安装形式,当温度在220摄氏度到350摄氏度之间或低于-100摄氏度时选用分体式安装形式。
4.4 质量流量计选材质量流量计的选材主要根据流体介质、设计温度、设计压力等参数来决定。
与管道连接法兰一般根据管道的材质选定。
而测量管的材质应该比连接法兰的材质要求更高,至少应该和连接法兰的材质一致。
对于常规流体,非强腐蚀性的酸、碱,质量流量计的阀体一般选用不锈钢304L或316L,对于强腐蚀性的流体,就需要选用哈氏合金、钛、钽、铂铑等材料了。
详细说明如下:1、不锈钢316L:适用于:生活水、工业水、原水井水、城市污水;腐蚀性弱的酸、碱、盐溶液;有机溶剂等。
不适用于:强腐蚀性的酸、碱。
2、哈氏合金B :适用于:浓度小于10%的盐酸等非氧化性酸;浓度小于50%的氢氧化钠;一切浓度的氢氧化氨碱溶液;磷酸和有机酸。
不适用于:硝酸。
3、哈氏合金C:适用于:混酸(如铬酸和硫酸的混合溶液);氧化性盐类(如海水、含Cu+++、Fe+++)。
不适用:盐酸。
4、钛:适用于:盐(如氯化物、钠盐、钾盐、氨盐、次氯酸盐、还水),浓度小于50%的氢氧化钾、氢氧化氨、氢氧化钡碱溶液。
不适用于:盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸等还原性酸。
5、钽:适用于:盐酸(浓度小于40%)、稀硫酸和浓硫酸(不包括发烟硫酸);二氧化氯、氯化铁、次氯酸、氯化钠、乙酸铅等;硝酸(包括发烟硝酸等氧化性酸)、温度低于80℃的王水。
不适用于:碱、氢氟酸。
6、铂:适用于:几乎所有的酸碱盐溶液(包括发烟硫酸和发烟硝酸)、纸浆、污水。
不适用于:王水、氨盐碳化钨。
本文介绍了科氏力质量流量计的工作原理,选用原则,安装方式和澄清会谈判注意事项,对质量流量计的选型和澄清有较强的指导作用。