化工车间科里奥利质量流量计的原理及其应用.pdf

Technology
°技术纵横
文献标识码:B文章编号:1003-0492(2014)02-0070-03中图分类号:TB663
化工车间科里奥利
质量流量计的原理及其应用
Principle and Application of Coriolis Mass Flowmeter Used in Chemical Engineering
马风宝,董笑飞,王晓波(大庆石化建设公司,黑龙江大庆163714)
体积流量计的应用有所限制,如何测试流体的质量成为了实际应
摘要:科里奥利质量流量计称得上是真正意义上的质量流量测量,具备
用中的一个难题。尽管有人能够利用体积流量计及流体密度计算
系列工程应用优点,已经成为工业控制及节能管理领域较多使用的流量仪
出测试流体的质量,但由于此方法结构过于复杂,测量精度受外
表,广泛应用于石化、制药及其他工业领域。本文从化工车间科里奥利质
在温度、压力等影响较大。因此,工程技术人员迫切希望能够开
量流量计的原理和结构入手,总结了一些安装使用上的注意事项和使用方
发出一种能直接测量管道中流体的质量流量的新型流量计。科里
法,对其选用及安装进行说明,最后简单阐述了科里奧利质量流量计在化
工车间的投运及常见故障的处理方法。
奥利质量流量计( Coriolis Mass Flowmeter,CMF),即科氏力质
关键词:科里奥利力;质量流量计;工作原理,应用
量流量计,可以直接测量流体质量流量,并且精准度极高,诞生
Abstract: Coriolis Mass Flowmeter-cmf can be regarded as the real mass flow
于美国,并且起初由美国艾默生公司旗下著名品牌 Micro Motion于
measurement, which has a series of engineering application advantages. As a
八十年代将其技术完善成熟、商品化并推向市场。科氏力质量流
mass flow meter. the CMF has been widely used in industry controlling and量计不仅能够高精度测量腐蚀性介质及易爆炸介质的质量流量和
energy saving management fields such as petrochemical and pharmacy. This paper介质密度,而且还可以在库存量控制及批量控制、贸易结算等方
summarized some cautions and application methods from design principle and面发挥作用。因此,可以说科氏质量流量计是测量技术的一个里
structure of the CMF, and also made some instructions on its installment, at last,
程碑,具有划时代意义,它实现了工程师直接测量质量流量的愿
briefly explained the working and troubleshooting methods of the CMF
望,同时达到了需要的精度。自其问世后,一直深受行业热捧
Ketwords: Coriolis force, Mass flowmeter; Work principle, Application
2工作原理
科里奥利质量流量计是基于科里奥利( Coriolis)效应而制
成的流量测量仪表。在旋转体系中进行直线运动的质点,由于惯
性,会按照原有运动方向一直运动,然而体系本身将始终保持旋
1引言
转,所以,经过一段时间的旋转后,旋转体系中质点的位置将发
在工业生产当中,流量参数极其重要。目前,流量计的种类生一些变化,这时,若从旋转体系的视角来观察,旋转体系原来
各式各样,其中较为常见的是体积流量计,如节流式流量计、电的转向会发生轻微偏离。如果体系内的质点相对于惯性系为直线
磁流量计、涡轮流量计、超声流量计等。由于在实际生产过程运动、那么其旋转路径相对于体系而言,可以看为曲线。从旋转
中,工程师对于经济核算、物料平衡等工程因素更加关心,所以体系的角度出发,必须存在一个力,在这个力的作用下,质点发
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AE AUTOMATION PANORAMA 2014.2
生运动,该力即为科里奥利力(科氏力)。
极其微小,因此要保证测量过程的高精度并不容易,因此,增
科里奥利力的计算公式如下
加测量系统对科氏力的感应或者在同样科氏力的作用下増大测
Fc=mov
量系统的感应强度能够使测量系统产生精确识别可用的信号。
式中,Fe为科氏力,m为质点质量,の为角速度,V为质点因此,改善科氏力在测试系统管路上的作用强度是一个有效手
运动速度(相对于静止参考系),のメレ大小等于の x vx Sin0,
段。改善测试系统管路上科氏力的作用强度的有效方法在于改
方向满足右手螺旋定律。
善测试系统管路弹性,可以通过减小系统管路钢性、选用弹性
科里奥利质量流量计是利用流体在直线运动的同时处于一旋优良的材料制造及准确确定测试系统振荡频率,进而达到将测
转系中,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直试系统管路的形变增加的目的。根据经验,如果管上的科氏力
接式质量流量仪表。两根U形管(也可以是一根)在驱动线圈的越明显,则系統弹性就应该越好,那么测量管的管壁就会更
作用下,以一定频率震动,被测流体从U形管流动,其流动方向
薄,长度也更长。在此理论基础之上可知,该方法既增加了测
与震动方向垂直,在科氏力的作用下,U型管产生扭转角,因试系统管路的变形量和信噪比又减小了外界信号的干扰。测试
此U型管两管端通过振动中心就产生了时间差,此时间与质量流系统管路上所受应力应该避免集中,以尽量减少材料的疲劳失
量qm成正比,其关系式如下:
效。测试系统管路所受应力作用的形式不同会对管路的整体测
K
量灵敏度产生轻微影响。
△t
式中:K、为U型管的扭转弹性模量,r为u型管的半径;△t为u
4科里利质量流量计的使用
型管两端通过振动中心所需要的时间差。
4.1科里奥利质量流量计的选择
科里奥利质量流量计由两部分组成:一是由流体从中流过的
性能及可靠性是确定科氏流量计的首选要素。性能要素具体
传感器:另一部分是电子组件组成的转换器,传感器产生震动并包含精准度、压力损失量、量程利用率及量程能力这几个要素,
处理来自传感器的信息,以实现流量测量。
可靠性则主要考虑实践的检验。
U型管科里奥利质量流量计的基本结构如图1所示:
准确度具体描述为流量百分比准确度、满量程准确度和帯零
稳点稳定度的准确度,具体包括三个主要参数:偏差、重复性、
线性和回滞。不同的制造商往往以不同的标准给出准确度,对比
数据时需要合理换算。操作人员需要按照操作具体条件和传感
器的流量,初步选出传感器的规格,从而计算出压力损失,这些
流
均是选型工作的必须步骤。误差较大的高流量会使得压力损失值
较大,鉴于灵敏度较高,相应的准确度就好。相反,低流量会使
压力损失降低,灵敏度低,准确度较差。所以,选择的时候要全
面分析,在保证较高的流量灵敏度和准确度前提下,降低压力损
动器
失。量程能力也是整个过程中需要注意的因素。如果使用毫安输
传感器A