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科氏力質(zhì)量流量計(jì)的工作原理和典型結(jié)構(gòu)特性
2012-12-15
早期設(shè)計(jì)的科氏力質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。將在由流動(dòng)流體的管道送入一旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，由安裝在轉(zhuǎn)軸上的扭矩傳感器，來完成質(zhì)量流量的測量。這種流量計(jì)只是在試驗(yàn)室中進(jìn)行了試制。
在商品化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，通過測量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生科氏力是不切合實(shí)際的，因而均采用使測量管振動(dòng)的方式替代旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。以此同樣實(shí)現(xiàn)科氏力對(duì)測量管的作用，并使得測量管在科氏力的作用下產(chǎn)生位移。由于測量管的兩端是固定的，而作用在測量管上各點(diǎn)的力是不同的，所引起的位移也各不相同，因此在測量管上形成一個(gè)附加的扭曲。測量這個(gè)扭曲的過程在不同點(diǎn)上的相位差，就可得到流過測量管的流體的質(zhì)量流量。
我們常見的測量管的形式有以下幾種：S形測量管、U形測量管、雙J形測量管、B形測量管、單直管形測量管、雙直管形測量管、Ω形測量管、雙環(huán)形測量管等，下面我們分別對(duì)其結(jié)構(gòu)作一簡單介紹。
另一方面從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，就要考慮提高科氏力作用在振動(dòng)管上的效率及提高傳感器的檢測能力，對(duì)后者性能的提高在此不討論。要想提高科氏力作用在測量管上的效率，必須在結(jié)構(gòu)形狀上提高測量管整體的系統(tǒng)彈性，減少鋼性，選用彈性好、性能穩(wěn)定的材料，并準(zhǔn)確選擇系統(tǒng)的振蕩頻率。以達(dá)到同樣的科氏力作用下，測量管的變形量增加。一般來說，測量管的管壁越薄，長度越長，結(jié)構(gòu)形狀的系統(tǒng)彈性越好，作用在管上的科氏力就越明顯。這樣可使測量管的變形加大，信噪比增加，還可減少外界帶來的干擾。測量管上所受的應(yīng)力不要過于集中在一點(diǎn)上，以免造成機(jī)械疲勞。應(yīng)力作用的形式不同，也對(duì)管子的疲勞和測量靈敏度造成一定的影響。對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)，由于其設(shè)計(jì)思路不同，各有特色，但也存在著一些問題，每一種形式均不可能達(dá)到盡善盡美。針對(duì)這些問題，制造廠商也不斷地對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行改善，以提高其產(chǎn)品的性能，增強(qiáng)其競爭能力。下面就具體的結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響進(jìn)行簡單分析。
1． 測量管的形狀：
測量系統(tǒng)彈性的增加，增大了作用于振動(dòng)管系統(tǒng)的科氏力的效應(yīng)，但也增大外界機(jī)械噪聲的干擾和儀表體積。測量管應(yīng)盡量減少急劇彎曲，最大可能的增大測量管內(nèi)徑，這樣可以減少壓力損失。雙測量管型的信噪比得到增加，流通能力也增加，別普遍采用。
2． 管壁
壁厚增加使管子更具有剛性，也增加了流動(dòng)時(shí)管子的固定質(zhì)量，減少了流體中夾雜氣體時(shí)，由于其分布的不均勻引起比重變化對(duì)管子振動(dòng)的影響，同時(shí)提高測量管耐壓、耐磨性，但會(huì)降低系統(tǒng)彈性，影響測量的靈敏性。
3． 制造和安裝
測量管的形狀在制作過程應(yīng)保證其對(duì)稱性，在雙測量管結(jié)構(gòu)中應(yīng)保證兩根管的一致性，傳感器的定位要準(zhǔn)確，以減少測量中由于密度或粘度變化對(duì)測量結(jié)果的影響。流量質(zhì)量分配的不穩(wěn)定性，給測量結(jié)果的準(zhǔn)確性帶來影響。
從原理上講，測量管所受科氏力的大小只與流體的質(zhì)量流量有關(guān)，與流體密度、粘度無關(guān)。但密度的變化會(huì)帶來附加的慣性力；而粘度的變化時(shí)測量管的內(nèi)壁附著層不同，產(chǎn)生不同的邊界層效應(yīng)。結(jié)果引起測量管的質(zhì)量分配不穩(wěn)定，對(duì)測量結(jié)果的準(zhǔn)確度帶來影響。
來源 示波器 http://www.91zenqing.cn/
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