质量流量测量原理
质量流量测量原理
一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。Rosemount质量流量计依据牛顿第二定律：力=质量×加速度（F=ma）
当质量为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，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P轴；
（2）切向角速度αt，即科里奥利加速度，其值等于2ωV，方向与αr垂直。由于复合运动，在质点的αt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的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc：ΔFc=2ωVρAΔx （1）
式中，A—管道的流通截面积。
由于存在关系式：mq=ρVA
所以：ΔFc =2ωqmΔx （2）
因此，直接或间接测量在旋转管中流动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。
传感器内是U型流量管，在没有流体流经流量管时，流量管由安装在流量管端部的电磁驱动线圈驱动，其振幅小于1mm，频率约为80Hz，流体流入流量管时被强制接受流量管的上下垂直运动。在流量管向上振动的半个周期内，流体反抗管子向上运动而对流量管施加一个向下的力；反之，流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以反抗管子向下运动而使其垂直动量减少。这便导致流量管产生扭曲，在振动的另外半个周期，流量管向下振动，扭曲方向则相反，这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象，即科氏力。
根据牛顿第二定律，流量管扭曲量的大小完全与流经流量管的质量流量大小成正比，安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测流量管的振动。当没有流体流过流量管时，流量管不产生扭曲，两侧电磁信号检测器的检测信号是同相位的；当有流体流经流量管时，流量管产生扭曲，从而导致两个检测信号产生相位差，这一相位差的大小直接正比于流经流量管的质量流量。
由于这种质量流量计主要依靠流量管的振动来进行流量测量，流量管的振动，以及流过管道的流体的冲力产生了科氏力，致使每个流管产生扭转，扭转量与振动周期内流过流管的质量流速成正比。由于一个流管的扭曲滞后于另一流管的扭曲，质量管上的传感器输出信号可通过电路比较，来确定扭曲量。
电路中由时间差检测器测量左右检测信号之间的滞后时间。这个“时间差”ΔT经过数字量测量、处理、滤波以减少噪声，提高测量分辨率。时间差乘上流量标定系数来表示质量流量。由于温度影响流管钢性，科氏力产生的扭曲量也将受温度影响。被测量的流量不断由变送器调整，后者随时检测粘在流管外表上的铂电阻温度计输出。变送器用一个三相的电阻温度计电桥放大电路来测量传感器温度，放大器的输出电压转化成频率，并由计数器数字化后读入微处理器。
密度测量原理
流量管的一端被固定，而另一端是自由的。这一结构可看做一重物悬挂在弹簧上构成的重物/弹簧系统，一旦被施以一运动，这一重物/弹簧系统将在它的谐振频率上振动，这一谐振频率与重物的质量有关。质量流量计的流量管是通过驱动线圈和反馈电路在它的谐振频率上振动，振动管的谐振频率与振动管的结构、材料及质量有关。振动管的质量由两部分组
成：振动管本身的质量和振动管中介质的质量。每一台传感器生产好后振动管本身的质量就确定了，振动管中介质的质量是介质密度与振动管体积的乘积，而振动管的体积对每种口径的传感器来说是固定的，因此振动频率直接与密度有相应的关系，那么，对于确定结构和材料的传感器，介质的密度可以通过测量流量管的谐振频率获得。
利用流量测量的一对信号检测器可获得代表谐振频率的信号，一个温度传感器的信号用于补偿温度变化而引起的流量管钢性的变化，振动周期的测量是通过测量流量管的振动周期和温度获得，介质密度的测量利用了密度与流量管振动周期的线性关系及标准的校定常数。
科氏质量流量传感器振动管测量密度时，管道钢性、几何结构和流过流体质量共同决定了管道装置的固有频率，因而由测量的管道频率可推出流体密度。变送器用一个高频时钟来测量振动周期的时间，测量值经数字滤波，对于由操作温度导致管道钢性变化，进而引起固有频率的变化进行补偿后，用传感器密度标定系数来计算过程流体密度。
信号特性
罗斯蒙特公司的变送器为模块化并带有微处理器功能，配合ASICS数字技术，可选择数字通信协议。它与传感器连接使用可获得高精确度的质量流量、密度、温度和体积流量信号，并将获得的信号转换为模拟量、频率等输出信号，还可使用275型HART协议通信手操器或AMS、Prolink软件对其组态、检查及通信。
SP数字信号处理器特性
DSP数字信号处理器是一个实时处理信号的微处理器，在科里奥利流量计里，我们使测量管在一个已知的频率下振动，因此任何在此振动频率范围之外的频率都是“噪声”，需要除掉它们以准确地确定质量流量。例如，一个50Hz或60Hz的信号很可能来源于与附近动力线的耦合。如何在实际上“过滤”这些多余的信号则需要一些更多的在那时刻所得到的背景信息，表明了噪声如何出现在原转换器信号上，以及被过滤后的最终信号。
与使用时间常量去阻抑和稳定信号相比，使用数字信号处理（DSP）技术的主要好处之一，是能够以一个被提高了的采样率去过滤实时信号，减少了流量计对流量的阶跃变化的响应时间。使用多参数数字（MVD）变送器的响应时间比使用模拟信号处理的传统变送器快2~4倍，更快的响应时间会提高短批量控制的效率和精确度。
DSP技术另一个颇有价值且更富有挑战性的应用实例是气体测量，因为高速气体通过流量计会引起较严重的噪声。通过高准Elite系列传感器，与流量信号混杂的噪声被减至最校现在DSP技术能更好地滤波，并进一步减小了质量流量计对噪声的敏感度。采用MVD 变送器测量气体的结果在重复性和精确度上都有了显著提高。
DSP技术提供了一个“通往处理的窗户”，当浏览这个窗户时，首先集中在测量管振动频率附近的信号上。实际上，有意地抛弃了其余的信息，很可能正是隐藏在这些“无用的”数据里的信息会铺平通往新的诊断技术的道路。例如，频谱分析可能会引导我们取得在夹杂空气或团状流动流体测量上的进展，流体在测量管内壁的附着也是另一个有希望被DSP技术检测到的故障，频谱的变化也很可能被用于预测传感器的故障。
测量环境的影响
1、流体压力的影响
首先考虑流体压力不应超过规定工作压力，其次考虑静压变化影响的程度。压力变化影响测量管绷紧程度和布登效应的程度，以及破坏测量管不对称的原零点偏置。虽然仪表常数变动和零漂很小，但是使用压力时和校准时相差甚大时，对于高精确度仪表影响值还是不能忽视的。小口径仪表壁厚管径比大，影响小；大口径仪表壁厚管径比校
2、流体密度影响
流体密度变化改变流量测量系统的质量，从而使流量传感器的平衡发生变化，导致零点偏移。如果测量某一特定液体，只要在实际使用的液体密度条件下调零，使用过程中的密度变化不大，一般不存在问题。但在一根管道上测量密度差别较大的几种液体时，会带来零点变动的附加误差。
3、流体粘度影响
罗斯蒙特公司的科氏力质量流量计CMF可测量液体粘度的范围很宽，并呈现良好的测量性能。虽有报告论及粘度影响测量精确度，但很少有试验数据。液体粘度会改变系统的阻尼特性，从而影响零偏置；在低流量时对流量测量值有一定程度的影响。
4、双相流体中异相含量影响
制造厂常称含有百分几体积比游离气体影响测量不大。当测量气泡小而分布均匀的液体，如冰淇淋和相似乳化液，影响可能是相对的。含气泡1%时有些型号无明显影响，有些型号误差为1%～2%，其中一台双管直管式则高达10%～15%；含气泡10%时，误差普遍增加到15%～20%，个别型号高达80%。此外流体的压力、流速、粘度和气液混合方式的差异，所带来的影响也不一样。测量含有少量固体的液体时，各类型CMF都有较高的信赖度。当固体含量较多或固体具有强磨蚀性或软固体（如食品汤汁中的蔬菜块），应选用单管直管型或串联双管型。因为如用并联双管型，分流器上有可能粘附异物或磨损导致改变两路分流量，产生误差；更为严重者如一路堵塞可能不被立即发现。
5、环境振动影响
CMF可以在振动环境下工作，但必须与振动隔离，例如与振动管间用柔性管连接和采用隔离振动的支撑架。但更应预防振动频率与CMF的工作频率或谐波频率相同。同一型号多台仪表串接安装或较接近地平行安装，尤其是装在同一支撑台架上，各CMF间工作频率振动会相互影响，引起异常振动，严重时会使仪表无法工作。在订购时可专门向制造厂提出，错开两串联CMF的工作频率。
6、管道应力影响
若连接流量传感器管道中心未对准（或不平行）或管道温度改变，管道应力会形成压力、拉力、或剪切力作用到CMF测量管间的对准，引起检测探头的不对称性，导致零点变动。CMF安装好后必须调零以消除或减小这一影响。若管道严重未对准，有可能无法调至零位。管道温度偏离安装时温度，管道产生的热膨胀（或收缩）力亦将作用到流量传感器。有些CMF设计在测量管进出口各有一个很重的分流器，可减小管道应力对测量管的影响。直形测量管CMF特别易受热膨胀力的影响，必要时可在管道装热膨胀隔离管件。
实际应用
1、异相流应用
CMF在我厂主要产品如乙烯、丙烯和主要原料轻烃等的测量中使用可靠，但如果使用不当可导致计量超差甚至中断计量。
在原料轻烃的测量中，由于轻烃介质中组分复杂，即含有固体颗粒，又含有气泡，属典型的异相流体，使用过程中经常出现故障，变送器显示的故障信息是Sensor Error、Dens Overrng、Slug flow即传感器出错、密度超限、团状流，流量计中断计量，为了解决此问题，我们在流量计入口安装了过滤器，用来过滤固体颗粒，又将流量计出口阀门开度限位，以此提高入口压力，用来减少轻烃介质中的气泡含量，采取以上措施后流量计投用正常。
2、故障信息及处理
变送器出现Drive Overrng或Input Overrange即变送器中产生错误输出，流速超出传感器量程，检查在变送器和传感器中红色电缆到棕色电缆之间是否开路或短路即传感器驱动线圈开路或短路；检查变送器和传感器中绿色电缆到白色电缆之间开路或短路，即传感器左检测线圈开路或短路。
变送器出现Sensor Error即电缆有问题，检查变送器和传感器中蓝色电缆到灰色电缆之间开路或短路，即传感器检测线圈开路或短路。
变送器出现Power Reset表示电源故障、灯光暗淡或电力循环已中断了变送器工作，检查电源系统是否正常。
变送器出现Zero Too High 或Zero Too Low表示在传感器调零期间流体没有完全终止流动，导致变送器计算出来的零点流量偏移太大而不能进行精确的流量测量，在调零时必须使流体完全终止流动。
结论
质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用，相信将在推动流量测量上显示出巨大的潜力。
质量流量计原理及应用
质量流量计原理及应用 质量流量计（Mass Flow Meter）是一种用于测量流体质量流量的仪器设备，其测量原理基于流体的质量守恒定律和相关流体动力学方程。质量流量计通过测量流体的密度和流体中的流速来计算流体的质量流量。质量流量计广泛应用于各个领域，如化工、石油、制药、食品等行业中的流体流量测量和质量控制。 质量流量计的工作原理是基于瞬时质量守恒定律。它通过测量流体中的密度和流体的流速来计算流体的质量流量。质量流量计主要由两部分组成：传感器和传感器信号处理器。传感器是测量流体密度和流速的装置，而传感器信号处理器则用于从传感器读取的信号中计算和输出质量流量。 质量流量计的传感器通常采用热式质量流量计或者压差质量流量计。热式质量流量计使用热敏电阻或热电偶作为传感器，测量流体中的温度差异。当流体通过测量管道时，热电阻或热电偶会受到流体中的传热影响，从而导致温度变化。通过测量流体中的温度变化，可以计算出流体的质量流量。 压差质量流量计则是通过测量流体通过管道的压差来计算质量流量。压差质量流量计包括一个减压装置和压差传感器。流体通过减压装置时会产生压差，压差传感器可以测量这个压差，并根据压差计算出流体的质量流量。 质量流量计的应用非常广泛。在化工行业中，质量流量计常用于测量液体和气体的质量流量，如测量液体和气体的进出口流量、控制反应器中的气体供应和产物
排放等。在石油行业中，质量流量计用于测量原油、天然气和石油产品的质量流量，用于管道输送和储罐计量。在制药和食品行业中，质量流量计被用于监控流料的质量，确保产品质量。此外，质量流量计还被广泛应用于环境监测、能源管理等领域。 质量流量计具有准确度高、稳定性好、响应速度快等特点。它可以测量各种流体，包括低温、高温、腐蚀性流体等。并且，质量流量计不受流体密度、温度、压力等因素的影响，适用于多种工况。 总之，质量流量计通过测量流体中的密度和流速来计算流体的质量流量。其工作原理基于瞬时质量守恒定律，通过测量流体中的密度和流速来计算流体的质量流量。质量流量计广泛应用于各个领域，如化工、石油、制药、食品等行业中的流体流量测量和质量控制，具有较高的准确度和稳定性。
质量流量计基本原理
质量流量计基本原理 质量流量计结构原理 在工业生产过程中，有时需要测量流体的质量流量，如化学反应的物料平衡、热量平衡、配料等，都需要测量流体的质量流量。质量流量是指在单位时间内，流经封闭管道截面处流体的质量。用来测量质量流量的仪表统称为质量流量计。 质量流量计由传感器，变送器及数字指示累积器等三部分组成。传感器根据科里奥利效应制成的，由传感管、电磁驱动器、和电磁检测器三部分组成。电磁驱动器使传感器以其固有频率振动，而流量的导入使u形传感器在科氏力的作用下产生一种扭曲，在它的左右两侧产生一个相位差，根据科里奥利效应，该相位差与质量流量成正比。电磁监测器把该相位差转变为相应的电平信号送入变送器，经滤波、积分、放大等电量处理后。转变成与质量成正比的4－20mA模拟信号和一定范围的频率信号两种形式输出。 质量流量计的测量原理以牛顿第二运动定律为基础 F=ma 式中F－流体作用力；m－被测介质质量；a－加速度。 当流体通过两个平行的测量管时，会产生一个与流速方向横向的加速度及相应的科里奥利力，该力使测量管振荡而发生扭曲，这一扭曲现象被称之为科里奥利现象。 根据牛顿第二运动定律，测量管扭曲量的大小是完全与流经测量管的质量流量的大小成正比的。当流体流过测量管时，流体就会受到科里奥利力的作用，测量管里流体所受科里奥利力的反作用，产生进口和出口的相位差。当流体为零
时，测量管在固有频率下振动，测量管不产生扭曲，流体进口和出口的相位差为零。当有流体流经测量管时进口处管子振动减速，出口处管子振动加速，进口与出口产生相位差。当质量流量增加时该相位差也增加。通过安装于进口和出口测量管上电磁信号检测器可测得相位差。 质量流量计的特点： 对示值不用加以理论的或人工经验的修正； 输出信号仅与质量流量成正比例，而与流量的物性（如温度、压力、粘度、密度雷诺数等）无关； 与环境条件（如温度、湿度、大气压等）无关； 只需检测、处理一个信号（即仪表的输出信号），就可进行远传和控制；只需一个变量对时间进行积分，所以流量的积算简单等等。
质量流量计工作原理
质量流量计工作原理 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中，仅测量体积流量是不够的，由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要，还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法，可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式；直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1 ?间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法，一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合，实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 (1)节流式流量计与密度计的组合 由前述知，节流式流量计的差压信号P正比于q v2，如图1所示，密度计连续测量出流体的密度，将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理, 即可求出质量流量为 (1-1 ) 靶式流量计的输出信号与q v2也成正比关系，故同样可按上述方法与密度计组合构成质量流量计。密度计可采用同位素、超声波或振动管式等连续测量密度的仪表。 J 1 L密度计差压计 口匚』运算器一必 图1节流式流量计与密度计组合 (2)体积流量计与密度计的组合
如图2所示，容积式流量计或速度式流量计，如涡轮流量计、电磁流量计等, 测得的输出信号与流体体积流量q v 成正比，这类流量计与密度计组合，通过乘 法运算，即可求出质量流量为 (1-2) (3) 体积流量计与体积流量计的组合 如图3所示，这种质量流量检测装置通常由节流式流量计和容积式流量计或 速度式流量计组成，它们的输出信号分别正比于和通过除法运算， 即可求出质量 流量为 (1-3) 质量流量计。由于流体密度是温度和压力的函数， 而连续测量流体的温度和压力 要比连续测量流体的密度容易，因此，可以根据已知被测流体密度与温度和压力 之间的关系，同时测量流体的体积流量以及温度和压力值， 通过运算求得质量流 量或自动换算成标准状态下的体积流量。 但这种测量方式不适合高压或温度变化 范围大的情形，因为在此条件下自动补偿检测出来的温度、压力很困难 2.直接式质量流量计 直接式质量流量计的输出信号直接反映质量流量，其测量不受流体的温度、 压力、密度变化的影响。直接式质量流量计有许多种形式 (1) 热式质量流量计 图2体积流量计和密度计组合 除上述几种组合式质量流量计外, 在工业上还常采用温度、压力自动补偿式 勺皇=a 右 图3节流式流量计和其他体积流量计组合
质量流量计工作原理
今天我们就来介绍质量流量计工作原理. 质量流量计工作原理：质量流量计是采用感热式测量，通过分体分子带走的分子质量多少从而来测量流量，因为是用感热式测量，所以不会因为气体温度、压力的变化从而影响到测量的结果。质量流量计 是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用，相信将在推动流量测量上显示出巨大的潜力。质量流量计是不能控制流量的，它只能检测液体或者气体的质量流量，通过模拟电压、电流或者串行通讯输出流量值.但是，质量流量控制器，是可以 检测同时又可以进行控制的仪表。质量流量控制器本身除了测量部分，还带有一个电磁调节阀或者压电阀,这样质量流量控制本身构成一个闭环系统，用于控制流体的质量流量。质量流量控制器的设定值可以通过模拟电压、模拟电流，或者计算机、PLC提供。 质量流量计的工作原理和典型结构 科氏力式质量流量计一般由传感器和信号处理系成，而流量传感器又是一种基于科里奥利力效应 的谐振式传感器。这种传感器的敏感元件——振动管，是处于谐振状态的空心金属管，又称测量管。科氏力式质量流量传感器的测量管有各种不同的结构形式，按照传感器测量管的数量可将其分为单管型、双管型和连续管型三种结构。单管型结构简单,不存在分流问题，管路清洗方便。一般地说，它对外来振动比 较敏感。双管型结构容易实现相位差的测量，可以较好地克服外来振动的影响,并对提高振动系统的Q值有利.目前大多数产品均采用这种结构。但这种结构同时带来的问题是两测量管中流过的流量不可能做到 绝对相等，其中的沉积物和磨蚀也不可能绝对一致，从而引起附加误差.而且在两相流工作状态下,难以作到两测量管中流体分布的均匀一致，以致影响振动系统的稳定性。随着单管型结构中测量管系统的振动不平衡问题的解决，单管型结构仍具有一定的发展前景。连续管型是一种特殊形式的单管．它以环绕两圈的单管结构试图集单、双管型的优点于—身。根据测量管的形状，又可分为直管型和弯管型两大类。直管型一般外形尺寸小且不易于积存气体，但由于其振动系统刚度大，谐振频率高，相位差为微秒级，电信号的处理就比较困难。为了不使谐振频率过高，管壁必须较薄，以致其耐磨及抗腐蚀性能较差。弯管型的振动
质量流量计测量原理
质量流量计测量原理 质量流量计是一种用于测量流体质量流量的仪器，它可以精确地测量流体在管道中的流动情况，对于工业生产过程中的流体控制和监测具有重要的作用。在实际的工程应用中，我们需要了解质量流量计的测量原理，以便正确地选择和使用质量流量计，保证测量的准确性和可靠性。 首先，质量流量计的测量原理是基于质量守恒定律和热力学原理的。在流体通过管道时，质量守恒定律要求流体的质量在流动过程中保持不变，因此可以通过测量流体的质量来确定流体的流量。而热力学原理则是利用流体在流动过程中的热量变化来进行测量，通过测量流体的热量来确定流体的质量流量。 其次，质量流量计的测量原理还与流体的密度和流速有关。流体的密度是指单位体积内流体的质量，而流速则是指流体单位时间内通过管道的速度。质量流量计通过测量流体的密度和流速来计算流体的质量流量，因此在使用质量流量计时，需要准确地测量流体的密度和流速，以确保测量的准确性。 另外，质量流量计的测量原理还涉及到传感器和信号处理器的应用。传感器是用于感知流体的密度和流速的装置，它可以将感知到的信息转化为电信号，并传输给信号处理器进行处理。信号处理器则是用于对传感器采集到的信号进行处理和计算，最终得出流体的质量流量。因此，在选择质量流量计时，需要考虑传感器和信号处理器的性能和稳定性，以确保测量的准确性和可靠性。 总的来说，质量流量计的测量原理是基于质量守恒定律和热力学原理的，通过测量流体的密度和流速来计算流体的质量流量。在实际的工程应用中，需要注意选择合适的质量流量计，并确保传感器和信号处理器的性能和稳定性，以保证测量的准确性和可靠性。通过深入了解质量流量计的测量原理，可以更好地应用质量流量计，提高工业生产过程中流体控制和监测的效率和精度。
质量流量计的原理和应用
质量流量计的原理和应用 1. 质量流量计的基本原理 质量流量计是一种用于测量流体质量流量的仪器。它通过测量流体在管道中的质量来计算流体的流量。质量流量计的基本原理是利用流体在流动过程中的质量守恒定律，即流入管道的质量等于流出管道的质量。根据这个原理，质量流量计通过测量流体的质量差异来计算流体的流量。 2. 质量流量计的工作原理 质量流量计通过两个关键的组件来实现其工作原理：传感器和计算器。传感器通常由一对测量元件组成，用于测量流体的温度和压力。计算器根据传感器提供的数据计算出流体的密度，然后根据密度和流体的质量差异来计算流体的流量。 3. 质量流量计的应用领域 质量流量计在许多领域都有广泛的应用。以下是一些常见的应用领域：•石油和天然气工业：质量流量计被广泛用于测量管道中的油和气体的流量。它们可以精确地测量不同种类的油和气体的质量流量，并对产量进行监控和控制。 •化工工业：质量流量计在化工工业中也有广泛的应用。它们可以用于测量不同种类的化学品和溶液的流量，并对生产过程进行监控和控制。 •食品和饮料工业：质量流量计被广泛应用于食品和饮料工业中。它们用于测量不同种类的液体和气体的流量，确保产品质量和生产过程的控制。 •制药工业：质量流量计在制药工业中也有重要的应用。它们可以用于测量不同种类的药品和药物的流量，并确保产品质量和生产过程的控制。 4. 质量流量计的优点和局限性 质量流量计有一些优点和局限性，以下是一些常见的优点和局限性： 4.1 优点： •高精度：质量流量计具有高精度的测量能力，可以提供精确的流量数据。 •宽测量范围：质量流量计可以应用于不同流量范围内的流体测量。 •抗波动性强：质量流量计对压力和温度变化的抗干扰能力强，测量结果稳定可靠。