《质量流量计简介R0.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《质量流量计简介R0.doc（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、质量流量计Mass Flowmeter概述质量流量计是一种推理式流量计，按测量方法可以分为二大类：一是质量流量间接式测量，即同时测量流体的体积流量和密度值，由运算放大器计算得到流体质量，或是同时测量流体的体积流量和温度、压力值，利用流体密度与温度、压力之间的关系，计算出流体质量；二是质量流量直接式测量方法，流体测量直接反映质量流量值，与流体的温度、压力和密度等参数的变化无关。 中国船级社（CCS）要求参照海上移动平台入级规范第1篇 第3章 附录1 平台入级产品持证要求一览表：5.3：级管系以及除5.1以外的阀和附件证件类型：制造厂证明（级管系应提供工厂认可证书，除5.1以外的阀和附件应提供型式
2、认可证书）认可模式：型式认可B（可选项：型式认可A）质量流量计分类1. 间接式质量流量计（1） 压力温度补偿式差压流量计（2） 压力温度补偿式体积流量计2. 直接式质量流量计（1） 热式质量流量计（TMF）I. 托马斯流量计II. 边界层流量计III. 旁路管流量计（2） 冲量式质量流量计（冲板）（3） 差压式质量流量计（孔板+定流量泵）（4） 双涡轮式质量流量计（5） 科里奥利式 质量流量测量技术的发展 流量测量技术的发展与应用和需求是相互依存的，应用和需求是推动流量测量技术发展的动力。目前，质量流量的各种测量方法，包括间接式和直接式测量方法，都有一定的应用。质量流量间接测量方法，因为引入了
3、多个中间参数的测量，然后进行运算和修正，因而积累误差较大，但因其具有传统方式的继承性，用户又比较熟悉，在一些测量准确度要求不高的场合，应用仍比较多。尤其是采用补偿式方式测量气体的质量流量或气体标况体积方面的应用十分广泛。质量流量测量技术发展的重点是质量流量直接式测量方法，以提高测量准确度，实现对各种介质在复杂环境条件下的高准确度、高可靠的测量。在质量流量直接式测量方法中，科里奥利质量流量计已经受到各方面用户的青睐。这是因为它能够高准确度的直接测量管道内流体的质量流量，而且稳定度高，可靠性好，量程比大，又适合应用于高粘度流体。科里奥利质量流量计（CMF）典型结构和工作原理 1 概述科里奥利质量流
4、量计是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。从1950年开始，科学家和工程师们花费了许多年试验、开发质量流量仪表，借此消除容积测量的误差及昂贵不便的称重法。在1970年后James.E.Smith美国高准（Micro Motion）公司的创始人成功地开发了第一个可应用于工业的质量流量计，科里奥利质量流量计，它是根据科里奥利Coriolis效应原理研制而成的。1984年James.E.Smith将所发明的“U”型振动管式的科里奥利质量流量计(Coriolis Mass FlowCMF)投入市场。2 CMF基本结构科里奥利质量流量
5、计一般由流量传感器和流量变送器组成（1） 流量传感器流量传感器是一种基于科里奥利力效应的相位敏感型谐振式传感器。该传感器由振动管、信号检测器、震荡驱动器、支撑结构和壳体所组成。 （2） 流量变送器是以微处理为核心的电子系统。它用来向传感器提供驱动力，并将传感器的信号转化为质量流量信号及其他一些有意义的参数信号，同时具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。流量变送器一般输出标准电流信号或频率信号，并可按一定的通讯协议，实现与上位机和DCS系统的交联与远传通讯。变送器上的显示面板可以组态显示所要求的各种参数。有的流量变送器，没有显示面板和操作键盘，只有模拟量或频率量输出。在实际应
6、用中需要另外配备二次仪表和手操器实现参数显示、流量累积和操作组态。（3） 流量传感器的测量管结构形式科里奥利质量流量传感器的测量管有各种不同的结构形式：I. 按照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。II. 按照测量管的形状可分为直管型和弯管型两大类。典型的测量管管型图目前，科里奥利质量流量传感器的检测振动管管形已发展到二十多种。无论振动管形状如何，基本原理是一致的，都是根据Coriolis效应原理测量流量质量的。3 CMF测量原理（1） 基本理论Coriolis效应是一种自然现象，于1835年在巴黎可尔（Ecole）工业大学的数学教授Gaspard.Gustave de C
7、oriolis定量的。Coriolis效应可解释在地球表面上自由运动的物质为什么会看似弯曲运行在一个转动参照系中当一个物体相对于该系而平移时，除了向心力外还有另一个附加力作用在该物体上，这个力称为Coriolis力。例如设参照系是一个以恒定角速度绕轴O而转动的圆盘（图），其转动方向图中矢量所示，当一个物体以速度V沿半径运动时，就有一个“惯性力”FK作用于该物体上，此力的方向垂直于V，力FK就是Coriolis力，此力即依赖于物体相对于转动参照系的速度V，也依赖于参照系转动的角速度。 Coriolis质量流量计就是将永恒的旋转运动变成了振动在检测器有一个电磁驱动系统，它驱动测量管以它固有的频率振
8、动，这就形成了一个转动参照系，它的振动与调谐振音叉相类似。当一个位于旋转体内的质点作朝向或远离旋转中心的运动时，将产生一惯性力。当质量为m的质点以匀速V在一个围绕固定点O并以角速度旋转的管道移动时，将沿着旋转的法线方向存在一个向心力Fr；沿着切线方向质点对管壁也产生一个反作用力Fc，这个力就是Coriolis力，在旋转角速度一定的条件下，一个质点的Coriolis力的大小与该质量的流速成正比。因此直接或间接测量在旋转管道中的流体所施加的科里奥利力就可以测得质量流量。这就是CMF的基本原理。 （2） CMF测量原理以Micro motion的U型振动管为例，对Coriolis质量流量计的测量做定
9、量分析：Micro motion的U型振动管，通常振幅小于1mm，频率大约为80Hz。流体被强制接受管子的垂直动量，在管子向上运动的振动半周期时流入仪表的流体向下压，抵抗管子向上的力；反之，流出仪表流体存在向上的力，抗拒管子对其垂直量的减少而把管子向上推。两个反作用力合成引起流量测量管扭曲；这就是Coriolis效应。在振动的另外半周期，管子向下运动而扭曲方向就相反。图示一个流体，经过一个测量管，有一个质量m和速度V，它以相对OO轴线的角速度旋转，因而产生Coriolis力；流体的入口和出口的速度矢量在方向上是相反的，如果从尾端观看这个测量管是两个引线（在上图中从RR轴线看进去），由在入口与出
10、口管线上的流体产生的力F1和F2在方向上是相反的，而大小相等。由于管子相对OO轴振动，这个力产生一个相对于RR轴的振动力矩M（半径是r）。力矩M产生一个角度偏转即扭转角,相对于RR轴线。这扭转角在振动管移动的中点最大。质量流量通过用电磁感应器测量偏转角获得。测量管扭转的完整周期（3） 信号处理系统在流量传感器工作过程中，测量管弹性系统始终处于谐振状态。没有测量管的振动，就没有科氏力的发生，质量流量传感器就停止了工作。质量流量传感器大多采用电磁法检测相位差的变化。其原理如下图所示，两个检测线圈分别位于其中一根测量管两侧对成位置上，在另一根测量管响应位置上固定着两块永久磁铁。根据电磁感应原理，测量
11、管震动过程中在检测线圈回路里形成相对速度变化的交变电势。当测量管中无流体流动时，测量管进出口侧通过振动中心位置的时间相同，其产生的交变电势相位亦相同；当测量管中有流体流动时，测量管进、出口侧通过振动中心位置的时间不同步，因而产生的交变电势的相位便有了一个差值。除上图所示的信号处理电路之外，目前大多数弯管型质量流量计也都采用了以微处理器为核心的信号处理电路，其电路框图的一般形式如下图所示：在上图中，由左、右侧电磁式检测器L、R的测得二列电压正弦信号分别经本安电路到隔离放大器A1、A2进行放大。同时，由左侧信号检测器L输出的电压正弦信号经隔离放大器A2放大，再经驱动放大器放大后，给驱动线圈提供激励
12、电流，由电磁驱动器激励测量管振荡。而该振动信号又被信号检测器所拾取，从而有信号检测器、放大器和电磁驱动器构成一个正反馈回路，维持测量管振动系统的自激振荡。为了保持测量管的稳幅振动，在驱动放大器上接有负反馈AGC自动增益控制电路,在AGC自动增益控制电路中u2与基准电平相比较，输出一幅值稳定的控制信号到激励线圈，使电磁驱动器驱动测量管以激励频率振动。左、右侧电磁式检测器L、R的检测信号，经隔离放大器A1、A2放大后，进入信号处理电路，信号处理电路在微处理器的配合下，得到左右检测信号的相位差或时间差t，这个时间差与质量流量成线性关系。同时，信号处理电路根据其输入信号u1和u2得测量管的振动频率信号
13、。测量管的振动频率是流体密度的函数，随流体密度增大而减小。微处理器根据检测信号的时间差t和检测信号的频率f，解算出流体的质量流量和密度。此外，质量流量传感器中的温度检测元件一般为帖附在测量管进口端管壁上的铂电阻。铂电阻由恒流源供电，并取会铂电阻的端电压，由电压变换电路处理产生电压UR。微处理器根据电压UR解算出测量管的温度值，并对由测量管管材的弹性模量随温度变化所引起的质量流量和密度测量的温度结构误差予以修正。由微处理器直接驱动电流环和频率环部件，分别输出0/420mA标准电流信号和频率信号，标准电流和频率信号所代表的被测量和范围均可以组态。 4 科里奥利质量流量计的应用（1） 科里奥利质量流
14、量计的应用优势I. 高精度流量测量：目前世界各处所应用的CMF其精度（或称不确定度）都优于0.2%（O、r）、0.015%（O、f、s），重复性优于0. 1%（O、r）、0.01%（O、f、s）。II. 同时测量多种参数：CMF不仅可以测量出流体的瞬时质量流量和累积的总质量，同时还可以指示出流体的密度、温度,并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度。 III. 应用范围广泛：包括高粘度的各种液体、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。CMF还能测量出双组份流中每种已知组份各自的质量流量，这是其它流量仪表难以实现的。例如油水双组份流体，只要知道水和油的密度温度函数关系，就不难
15、从测出的混合质量流量混合密度中计算出各自的质量流量来。 IV. CMF检测器没有可动部件和密封件，从而结构简单、可靠性高、维护简便 。V. 由于流场分布对CMF正常测量没有影响，所以对仪表上下游没有直管段的长度要求。 VI. 可以用于双相流的测量，能指出流向和质量流量等物理参数。（2） 科里奥利质量流量计选型流量仪表选型，首先要根据测量目的以及被测介质的性质、流体的流量范围、工艺条件下的流体参数、安装环境条件等各方面的因素，选用不同类型的流量计。选型原则：I. 根据被测流体的类型选择流量计的结构II. 安全性原则III. 流量范围IV. 准确度V. 压力损失VI. 其他性能因素VII. 性能价格比（3） 科里奥利质量流量计检定 I. 科里奥利质量流量计检定规程：JJG8971995质量流量计检定规程II. 科里奥利质量流量计检定的基本内容i. 外观ii. 耐压强度iii. 基本误差iv. 重复性 III. 检定方法和设备要求质量流量计的检定，一般是通过流量标准装置来进行的，流量标准装置可分为静态法和动态法两类。对于液体流量测量的质量流量计常采用液体流量标准装置
