質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理與應(yīng)用

1、質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理與應(yīng)用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理與應(yīng)用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理與應(yīng)用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理與應(yīng)用 一、質(zhì)量流量計(jì)基本概念一、質(zhì)量流量計(jì)基本概念 二、質(zhì)量流量測(cè)量技術(shù)的發(fā)展二、質(zhì)量流量測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 三、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理三、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理 四、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用四、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用 質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理與應(yīng)用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理與應(yīng)用 質(zhì)量流量計(jì)基本概念 (一) 儀表定義 (二) 儀表分類(lèi) (三) 儀表的測(cè)量特性 (四) 儀表測(cè)量的不確定度 質(zhì)量流量計(jì)基本概念質(zhì)量流量計(jì)基本概念儀表定義儀表定義 質(zhì)量流量計(jì)是對(duì)被測(cè)介質(zhì)的流量進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果

2、是以公斤或噸等工程單位顯示出來(lái)的流量?jī)x表。 質(zhì)量流量計(jì)基本概念質(zhì)量流量計(jì)基本概念儀表分類(lèi)儀表分類(lèi) 質(zhì)量流量計(jì)是一種推理式流量計(jì)，按測(cè)量方法可以分為二大類(lèi)：一是質(zhì)量流量間接式測(cè)量，即同時(shí)測(cè)量流體的體積流量和密度值，由運(yùn)算放大器計(jì)算得到流體質(zhì)量，或是同時(shí)測(cè)量流體的體積流量和溫度、壓力值，利用流體密度與溫度、壓力之間的關(guān)系，計(jì)算出流體質(zhì)量；二是質(zhì)量流量直接式測(cè)量方法，流體測(cè)量直接反映質(zhì)量流量值，與流體的溫度、壓力和密度等參數(shù)的變化無(wú)關(guān)。 質(zhì)量流量計(jì)基本概念質(zhì)量流量計(jì)基本概念儀表分類(lèi)儀表分類(lèi) 1、間接式質(zhì)量流量計(jì) （1） 壓力溫度補(bǔ)償式差壓流量計(jì) （2） 壓力溫度補(bǔ)償式體積流量計(jì) 2、直接式質(zhì)量流量計(jì)

3、 （1） 熱式質(zhì)量流量計(jì)（TMF） a、 托馬斯流量計(jì) b、 邊界層流量計(jì) c、 旁路管流量計(jì) （2） 沖量式質(zhì)量流量計(jì)（沖板） （3） 差壓式質(zhì)量流量計(jì)（孔板+定流量泵） （4） 雙渦輪式質(zhì)量流量計(jì) （5） 科里奧利式 質(zhì)量流量計(jì)基本概念儀表的測(cè)量特性?xún)x表的測(cè)量特性 儀表的測(cè)量特性(靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性) 靜態(tài)特性 ： 是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入與輸出的關(guān)系。對(duì)靜態(tài)特性的基本要求是：輸入為零輸出亦為零，輸出與輸入成惟一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 表征靜態(tài)特性的參數(shù)有：靜態(tài)變換函數(shù)、靜態(tài)特性曲線、儀表系數(shù)、流出系數(shù)、流量范圍（量程）、線性度、靈敏度、遲滯、穩(wěn)定性、零漂、重復(fù)性、精確度和壓力損失等。 質(zhì)

4、量流量計(jì)基本概念儀表的測(cè)量特性?xún)x表的測(cè)量特性動(dòng)態(tài)特性 是指被測(cè)量對(duì)象的輸入值瞬態(tài)快速變化時(shí)，輸出值的時(shí)間響應(yīng)或頻率響應(yīng)特性。 （1） 時(shí)間域 被測(cè)對(duì)象輸入值為階躍信號(hào)時(shí)，輸出值的時(shí)間響應(yīng)特性。其品質(zhì)指標(biāo)可用時(shí)間常數(shù)表示。時(shí)間常數(shù)是指輸出值達(dá)到63%穩(wěn)態(tài)值時(shí)的時(shí)間，用S表示。 （2） 頻率域 被測(cè)對(duì)象輸入值按正弦波頻率變化時(shí)，輸出值的頻率響應(yīng)特性。流量計(jì)的輸出值與輸入值的比值隨頻率而變化的特性稱(chēng)為頻率響應(yīng)特性。 質(zhì)量流量計(jì)基本概念儀表測(cè)量的不確定度儀表測(cè)量的不確定度 1、測(cè)量誤差組成測(cè)量誤差組成流量測(cè)量誤差出現(xiàn)的特點(diǎn)可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。 2、測(cè)量的不確定度測(cè)量的不確定度 （1）

5、標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類(lèi)評(píng)定（2） 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類(lèi)評(píng)定（3） 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度（4） 擴(kuò)展不確定度（5） 測(cè)量不確定度計(jì)算與表示 3、流量測(cè)量的不確定度流量測(cè)量的不確定度 首先求的各參數(shù)A類(lèi)和B類(lèi)不確定度，然后進(jìn)行合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度的計(jì)算。 質(zhì)量流量測(cè)量技術(shù)的發(fā)展質(zhì)量流量測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 流量測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用和需求是相互依存的，應(yīng)用和需求是推動(dòng)流量測(cè)量技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。 目前，質(zhì)量流量的各種測(cè)量方法，包括間接式和直接式測(cè)量方法，都有一定的應(yīng)用。質(zhì)量流量間接測(cè)量方法，因?yàn)橐肓硕鄠€(gè)中間參數(shù)的測(cè)量，然后進(jìn)行運(yùn)算和修正，因而積累誤差較大，但因其具有傳統(tǒng)方式的繼承性，用戶(hù)又比較熟悉，在一些測(cè)

6、量準(zhǔn)確度要求不高的場(chǎng)合，應(yīng)用仍比較多。尤其是采用補(bǔ)償式方式測(cè)量氣體的質(zhì)量流量或氣體標(biāo)況體積方面的應(yīng)用十分廣泛。 質(zhì)量流量測(cè)量技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)是質(zhì)量流量直接式測(cè)量方法，以提高測(cè)量準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種介質(zhì)在復(fù)雜環(huán)境條件下的高準(zhǔn)確度、高可靠的測(cè)量。在質(zhì)量流量直接式測(cè)量方法中，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)已經(jīng)受到各方面用戶(hù)的青睞。這是因?yàn)樗軌蚋邷?zhǔn)確度的直接測(cè)量管道內(nèi)流體的質(zhì)量流量，而且穩(wěn)定度高，可靠性好，量程比大，又適合應(yīng)用于高粘度流體。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理 （一）概述 （二） CMF基本結(jié)構(gòu) （三） CMF測(cè)量原理 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)

7、處于一旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表。 從1950年開(kāi)始，科學(xué)家和工程師們花費(fèi)了許多年試驗(yàn)、開(kāi)發(fā)質(zhì)量流量?jī)x表，借此消除容積測(cè)量的誤差及昂貴不便的稱(chēng)重法。在1970年后James.E.Smith美國(guó)高準(zhǔn)（Micro Motion）公司的創(chuàng)始人成功地開(kāi)發(fā)了第一個(gè)可應(yīng)用于工業(yè)的質(zhì)量流量計(jì)，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，它是根據(jù)科里奧利Coriolis效應(yīng)原理研制而成的。1984年James.E.Smith將所發(fā)明的“U”型振動(dòng)管式的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(Coriolis Mass FlowCMF)投入市場(chǎng)。 之后各國(guó)儀表廠相繼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。我國(guó)CMF的應(yīng)用起步較晚，設(shè)計(jì)生

8、產(chǎn)CMF的廠家僅有太行儀表廠等，還有幾家制造廠組建合資企業(yè)采用國(guó)外技術(shù)組裝生產(chǎn)銷(xiāo)售質(zhì)量流量?jī)x表。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理-概述概述 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)一般由流量傳感器和流量變送器組成。 1、流量傳感器 流量傳感器是一種基于科里奧利力效應(yīng)的相位敏感型諧振式傳感器。該傳感器由振動(dòng)管、信號(hào)檢測(cè)器、震蕩驅(qū)動(dòng)器、支撐結(jié)構(gòu)和殼體所組成。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理- -CMFCMF基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 圖3.2.1 雙U型管質(zhì)量流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 圖3.2.2 雙直型管質(zhì)量流量傳感器剖面圖 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型

9、結(jié)構(gòu)和工作原理科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理- -CMFCMF基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理- -CMFCMF基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 2、流量變送器 是以微處理為核心的電子系統(tǒng)。它用來(lái)響傳感器提供驅(qū)動(dòng)力，并將傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)化為質(zhì)量流量信號(hào)及其他一些有意義的參數(shù)信號(hào)，同時(shí)具有根據(jù)溫度參數(shù)對(duì)質(zhì)量流量和密度測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)償、修正的功能。流量變送器一般輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或頻率信號(hào)，并可按一定的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)和DCS系統(tǒng)的交聯(lián)與遠(yuǎn)傳通訊。變送器上的顯示面板可以組態(tài)顯示所要求的各種參數(shù)。 有的流量變送器，沒(méi)有顯示面板和操作鍵盤(pán)，只有模擬量或頻率

10、量輸出。在實(shí)際應(yīng)用中需要另外配備二次儀表和手操器實(shí)現(xiàn)參數(shù)顯示、流量累積和操作組態(tài)。 3、流量傳感器的測(cè)量管結(jié)構(gòu)形式 科里奧利質(zhì)量流量傳感器的測(cè)量管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式： （1）按照測(cè)量管的數(shù)量可將其分為單管型、雙管型和連續(xù)管型三種結(jié)構(gòu)。 （2）按照測(cè)量管的形狀可分為直管型和彎管型兩大類(lèi)。 目前，科里奧利質(zhì)量流量傳感器的檢測(cè)振動(dòng)管管形已發(fā)展到二十多種。無(wú)論振動(dòng)管形狀如何，基本原理是一致的，都是根據(jù)Coriolis效應(yīng)原理測(cè)量流量質(zhì)量的。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理- -CMFCMF基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 圖3.2.3 典型的測(cè)量管管型圖 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典

11、型結(jié)構(gòu)和工作原理科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理- -CMFCMF基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) CMF測(cè)量原理 1 、基本理論 2、 CMF測(cè)量原理 3、信號(hào)處理系統(tǒng) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理科里奧利質(zhì)量流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)和工作原理- -CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理基本理論基本理論 1、基本理論 Coriolis效應(yīng)是一種自然現(xiàn)象，于1835年在巴黎可爾Ecole工業(yè)大學(xué)的數(shù)學(xué)教授Gaspard.Gustave de Coriolis定量的。Coriolis效應(yīng)可解釋在地球表面上自由運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)為什么會(huì)看似彎曲運(yùn)行在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中當(dāng)一個(gè)物體相對(duì)于該系而平移時(shí)，除了向

12、心力外還有另一個(gè)附加力作用在該物體上，這個(gè)力稱(chēng)為Coriolis力。例如設(shè)參照系是一個(gè)以恒定角速度繞軸O而轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)（圖3.3.1），其轉(zhuǎn)動(dòng)方向圖中矢量所示，當(dāng)一個(gè)物體以速度V沿半徑運(yùn)動(dòng)時(shí)，就有一個(gè)“慣性力”FK=2 V m作用于該物體上， 此力的方向垂直于V，力FK就是 Coriolis力，此力即依賴(lài)于物體相對(duì)于 轉(zhuǎn)動(dòng)參照系的速度V，也依賴(lài)于參照 系轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。 圖3.3.1 傳動(dòng)系 Coriolis質(zhì)量流量計(jì)就是將 永恒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成了振動(dòng)在 檢測(cè)器有一個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 它驅(qū)動(dòng)測(cè)量管以它固有的頻率 振動(dòng)，這就形成了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)參 照系，它的振動(dòng)與調(diào)諧振音叉 相類(lèi)似。 當(dāng)一個(gè)位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的質(zhì)

13、點(diǎn)作朝向或遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn) 動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一慣性力， 圖3.2.2表示這一原理。 圖3.3.2 旋轉(zhuǎn)管道中的科氏力 CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理基本理論基本理論 當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以勻速V在一個(gè)圍繞固定點(diǎn)O并以角速度旋轉(zhuǎn)的管道移動(dòng)時(shí)，將沿著旋轉(zhuǎn)的法線方向存在一個(gè)向心力Fr=2rm；沿著切線方向質(zhì)點(diǎn)對(duì)管壁也產(chǎn)生一個(gè)反作用力，F(xiàn)c=2Vm，這個(gè)力就是Coriolis力 Fc=2Vm Fc=Coriolis力 =旋轉(zhuǎn)體的角速度 V=質(zhì)點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)體中的經(jīng)向速度 m=質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量 上式表明,在旋轉(zhuǎn)角速度一定的條件下,一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的Coriolis力的大小與該質(zhì)量的流速成正比。因此直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中的流體所施

14、加的科里奧利力就可以測(cè)得質(zhì)量流量。這就是CMF的基本原理。 CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理基本理論基本理論 2、 CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理 以Micromotion的U型振動(dòng)管為例，對(duì)Coriolis質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量做定量分析： Micromotion的U型振動(dòng)管，通常振幅小于1mm， 頻率大約為80Hz.圖3.3.3為振動(dòng)中的測(cè)量管,流體 被強(qiáng)制接受管子的垂直動(dòng)量,在管子向上運(yùn)動(dòng)的 振動(dòng)半周期時(shí),流入儀表的流體向下壓,抵抗管子 向上的力.反之,流出儀表流體存在向上的務(wù),抗 圖3.3.3振動(dòng)中的測(cè)量管 拒管子對(duì)其垂直量的減少而把管子向上推。兩個(gè)反作用力合成引起流量測(cè)量管扭曲；這就是Corio

15、lis效應(yīng)。在振動(dòng)的另外半周期，管子向下運(yùn)動(dòng)而扭曲方向就相反。圖書(shū)館顯示一個(gè)流體，經(jīng)過(guò)一個(gè)測(cè)量管，有一個(gè)質(zhì)量m和速度V，它以相對(duì)OO軸線的角速度旋轉(zhuǎn)。因而產(chǎn)生Coriolis：CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理 F=2m V （1） 式中F和是矢量,Mj包含在長(zhǎng)度L測(cè)量管中的質(zhì)量(即半管中的流體質(zhì)量)。 圖3.3.4測(cè)量管轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖 流體的入口和出口的速度矢量在方向上是相反的，如果從尾端觀看這個(gè)測(cè)量管是兩個(gè)引線（在圖3.3.4中從RR軸線看進(jìn)去），由在入口與出口管線上的流體產(chǎn)生的力F1和F2在方向上是相反的，而大小相等。 由于管子相對(duì)OO軸振動(dòng)，這個(gè)力產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于RR軸

16、的振動(dòng)力矩M（半徑是r）。CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理 M=F1r1+F2r2 （2）由于F1=F2 r1=r2由式子（1）和（2）得出： M=2Fr=4Vmr (3) 質(zhì)量m是由密度、管截面積A和長(zhǎng)度L定義的，速度V是由單位時(shí)間的單位L定義的。質(zhì)量流速Q(mào)是由每單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的一個(gè)給出點(diǎn)質(zhì)量決定的，那就是m=AL及V=L/t 、Q=m/t這樣通過(guò)取代Q=mv/L式中L是管長(zhǎng), 式(3)變成:M=4rQL (4) 力矩M產(chǎn)生一個(gè)角度偏轉(zhuǎn)即 扭轉(zhuǎn)角,相對(duì)于RR軸線。 這扭轉(zhuǎn)角在振動(dòng)管移動(dòng)的中 點(diǎn)最大(圖3.3.5所示) 圖3.3.5 由測(cè)量管尾端所顯示泊流體力 CMFC

17、MF測(cè)量原理測(cè)量原理CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理 然而，由M產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)被測(cè)量管的伸展彈力K所抵制，總之，對(duì)于任何的扭轉(zhuǎn)彈力，扭矩T定義為T(mén)=K（5）由于T=M，現(xiàn)在通過(guò)組合（4）與（5）式，質(zhì)量流速Q(mào)能與偏轉(zhuǎn)角度聯(lián)系成相關(guān)式子。 K Q= （6） 4rL 在管子軸線中心的移動(dòng)速度Vt（線速度）乘以時(shí)間間隔，就與用幾何圖形表示的有關(guān)系。 Vt t Sin= （7） rCMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理 由于很小，它幾乎等于Sin,對(duì)于小的旋轉(zhuǎn)角Vt是和管長(zhǎng)L的乘積，那就是=Sin、Vt=L，這樣式（7）變成： Lt= （8） r綜合式（6）和（8）得出： KLt K Q=

18、= t （9） 4r2L 4r2CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理 這樣質(zhì)量流量計(jì)Q只與時(shí)間間隔t和幾何常數(shù)成比例，Q與無(wú)關(guān)，所以說(shuō)與測(cè)量管的振動(dòng)頻率無(wú)關(guān)。 質(zhì)量流量通過(guò)用電磁感應(yīng)器測(cè)量偏轉(zhuǎn)角獲得，如圖6所示，在橫穿于測(cè)量管的中心軸線上的感應(yīng)器，按一個(gè)時(shí)間函數(shù)測(cè)量，當(dāng)沒(méi)有流量時(shí)，在測(cè)量和軸線左右之間，上下撞擊通過(guò)的時(shí)間差是0，而隨著流量的增加引起增加，上下撞擊信號(hào)之間的時(shí)間表差t也增加。測(cè)量扭曲多少與流量直接成正比，感應(yīng)器將管子扭曲引起的時(shí)間差，傳送到儀表的變送器進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換。 CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理圖3.3.6 測(cè)量管扭轉(zhuǎn)的完整周期 C

19、MFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理信號(hào)處理系統(tǒng)信號(hào)處理系統(tǒng) 3、信號(hào)處理系統(tǒng) 在流量傳感器工作過(guò)程中，測(cè)量管彈性系統(tǒng)始終處于諧振狀態(tài)。沒(méi)有測(cè)量管的振動(dòng)，就沒(méi)有科氏力的發(fā)生，質(zhì)量流量傳感器就停止了工作。在測(cè)量管振動(dòng)過(guò)程中，由于流體的流動(dòng)使其進(jìn)口側(cè)和出口側(cè)檢測(cè)信號(hào)的相位發(fā)生了變化。由左、右側(cè)電磁式檢測(cè)器L、R的測(cè)得二列電壓正弦信號(hào)分別經(jīng)本安電路到隔離放大器A1、A2進(jìn)行放大。 同時(shí)，由左側(cè)信號(hào)檢測(cè)器L輸出的電壓正弦信號(hào)經(jīng)隔離放大器A2放大，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大器放大后，給驅(qū)動(dòng)線圈提供激勵(lì)電流，由電磁驅(qū)動(dòng)器激勵(lì)測(cè)量管振蕩。而該振動(dòng)信號(hào)又被信號(hào)檢測(cè)器所拾取，從而

20、有信號(hào)檢測(cè)器、放大器和電磁驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成一個(gè)正反饋回路，維持測(cè)量管振動(dòng)系統(tǒng)的自激振蕩。為了保持測(cè)量管的穩(wěn)幅振動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)放大器上接有負(fù)反饋AGC自動(dòng)增益控制電路,在AGC自動(dòng)增益控制電路中u2與基準(zhǔn)電平相比較，輸出一幅值穩(wěn)定的控制信號(hào)到激勵(lì)線圈，使電磁驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)測(cè)量管以激勵(lì)頻率振動(dòng)。CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理信號(hào)處理系統(tǒng)信號(hào)處理系統(tǒng) 左、右側(cè)電磁式檢測(cè)器L、R的檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)隔離放大器A1、A2放大后，進(jìn)入信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路在微處理器的配合下，得到左右檢測(cè)信號(hào)的相位差或時(shí)間差t，這個(gè)時(shí)間差與質(zhì)量流量成線性關(guān)系。 同時(shí)，信號(hào)處理電路根據(jù)其輸入信號(hào)u1 和u2 得測(cè)量管的振動(dòng)頻率信號(hào)。測(cè)量管的振

21、動(dòng)頻率是流體密度的函數(shù)，隨流體密度增大而減小。微處理器根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間差t和檢測(cè)信號(hào)的頻率f，解算出流體的質(zhì)量流量和密度。 此外，質(zhì)量流量傳感器中的溫度檢測(cè)元件一般為帖附在測(cè)量管進(jìn)口端管壁上的鉑電阻。鉑電阻由恒流源供電，并取會(huì)鉑電阻的端電壓，由電壓變換電路處理產(chǎn)生電壓UR 。微處理器根據(jù)電壓UR 解算出測(cè)量管的溫度值，并對(duì)由測(cè)量管管材的彈性模量隨溫度變化所引起的質(zhì)量流量和密度測(cè)量的溫度結(jié)構(gòu)誤差予以修正。 由微處理器直接驅(qū)動(dòng)電流環(huán)和頻率環(huán)部件，分別輸出0/420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)和頻率信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)電流和頻率信號(hào)所代表的被測(cè)量和范圍均可以組態(tài)。 CMFCMF測(cè)量原理測(cè)量原理信號(hào)處理系統(tǒng)信號(hào)處理系統(tǒng)圖

22、3.3.7 信號(hào)處理系統(tǒng)框圖 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用 (一) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) (二)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)選型 (三)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定 (四)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試 (五)結(jié)束語(yǔ) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)(一) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 1) 高精度流量測(cè)量：目前世界各處所應(yīng)用的CMF其精度（或稱(chēng)不確定度）都優(yōu)于0.2%（O、r）、0.015%（O、f、s），重復(fù)性?xún)?yōu)于0. 1%（O、r）、0.01%（O、f、s）。 2) 同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)：CMF不僅可以測(cè)量出流體的瞬時(shí)質(zhì)量流量和累積的總質(zhì)量，同時(shí)還可以指示出

23、流體的密度、溫度,并由此派生出測(cè)量溶液中溶質(zhì)所含的濃度。 3) 應(yīng)用范圍廣泛：1、 包括高粘度的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。CMF還能測(cè)量出雙組份流中每種已知組份各自的質(zhì)量流量，這是其它流量?jī)x表難以實(shí)現(xiàn)的。例如油水雙組份流體，只要知道水和油的密度溫度函數(shù)關(guān)系，就不難從測(cè)出的混合質(zhì)量流量混合密度中計(jì)算出各自的質(zhì)量流量來(lái)。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)4) CMF檢測(cè)器沒(méi)有可動(dòng)部件和密封件，從而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)便 。5) 由于流場(chǎng)分布對(duì)CMF正常測(cè)量沒(méi)有影響，所以對(duì)儀表上下游沒(méi)有直管段的長(zhǎng)度要求。 6) 可以用于雙向

24、流的測(cè)量，能指出流向和質(zhì)量流量等物理參數(shù)。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)選型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)選型（二）科里奧利質(zhì)量流量計(jì)選型 流量?jī)x表選型，首先要根據(jù)測(cè)量目的以及被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)、流體的流量范圍、工藝條件下的流體參數(shù)、安裝環(huán)境條件等各方面的因素，選用不同類(lèi)型的流量計(jì)。 1、選型原則 （1） 根據(jù)被測(cè)流體的類(lèi)型選擇流量計(jì)的結(jié)構(gòu) （2） 安全性原則 （3） 流量范圍 （4） 準(zhǔn)確度 （5） 壓力損失 （6） 其他性能因素 （7） 性能價(jià)格比 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)選型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)選型2、選型方法科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的選型方法有手工計(jì)算法和軟件法兩種。具體方法與步驟： （1） 填寫(xiě)工藝操作條件 a、流體名稱(chēng)及

25、性質(zhì) b、流體狀態(tài)（液態(tài)、氣態(tài)、漿液或其他形式） c、工藝狀況下的流量（最大、常用、最小值） d、工藝狀況下的壓力（最高、常用、最低值） e、工藝狀況下的溫度（最高、常用、最低值） f、 工藝狀況下的密度范圍 g、工藝狀況下的粘度范圍 h、工藝管道管徑 i、 允許測(cè)量誤差 j、 允許壓力損失 k、 允許最大流速科里奧利質(zhì)量流量計(jì)選型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)選型 （2） 根據(jù)工藝條件，對(duì)照技術(shù)指標(biāo)，預(yù)選傳感器型號(hào) （3） 計(jì)算流量傳感器的壓力損失 （4） 計(jì)算傳感器測(cè)量管內(nèi)的介質(zhì)流速 （5） 計(jì)算測(cè)量準(zhǔn)確度 （6） 變送器及二次儀表的選型變送器及二次儀表的選型主要考慮以下幾個(gè)方面： a、安裝結(jié)構(gòu)形式

26、b、 電源供給方式 c、信號(hào)輸出方式 d、通訊方式及接口選擇 e 、根據(jù)測(cè)量功能的需要，選擇二次儀表 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定 1、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程 JJG8971995質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程 2、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定的基本內(nèi)容 （1） 外觀 （2） 耐壓強(qiáng)度 （3） 基本誤差（4） 重復(fù)性 3、檢定方法和設(shè)備要求 質(zhì)量流量計(jì)的檢定，一般是通過(guò)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置來(lái)進(jìn)行的，流量標(biāo)準(zhǔn)裝置可分為靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩類(lèi)。對(duì)于液體流量測(cè)量的質(zhì)量流量計(jì)常采用液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定。其方法有：（1）靜態(tài)稱(chēng)量（質(zhì)量）法用“質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置”，在測(cè)量時(shí)間間隔內(nèi)，經(jīng)換向器進(jìn)入稱(chēng)量容器的液

27、體質(zhì)量。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定（2）靜態(tài)容積加密度計(jì)法用“容積法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置”，在測(cè)量時(shí)間間隔內(nèi)，經(jīng)換向器流入定容容器的液體液體體積量，同時(shí)測(cè)出檢定介質(zhì)的密度，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算，以求得質(zhì)量流量。（3）標(biāo)準(zhǔn)體積管加密度計(jì)法用“體積管法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置”，在測(cè)量時(shí)間間隔內(nèi)，液體直接流入定容容器標(biāo)準(zhǔn)體積管，同時(shí)測(cè)出檢定介質(zhì)的密度，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算，以求得質(zhì)量流量的方法。（4）標(biāo)準(zhǔn)表法即以標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)與被檢質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行直接比較。 無(wú)論采用哪種檢定方法，檢定系統(tǒng)（即流量標(biāo)準(zhǔn)裝置）的準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于被檢質(zhì)量流量計(jì)基本誤差限的1/3以上 .科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

28、安裝和調(diào)試 1、儀表安裝 （1）安裝場(chǎng)所的選擇 根據(jù)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理，選擇安裝場(chǎng)所時(shí)，應(yīng)著重考慮以下幾點(diǎn)： a、 系統(tǒng)壓力問(wèn)題 當(dāng)測(cè)量液化的氣體或熱溶劑以及有析出氣體趨向的介質(zhì)時(shí)，為防止氣蝕的產(chǎn)生，必須保證安裝在管線中的傳感器有足夠的被壓。一定的被壓要求還可以使介質(zhì)始終充滿傳感器測(cè)量管，避免出現(xiàn)半管而導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)。被壓是指?jìng)鞲衅飨掠味丝诔隽黧w的壓力，一般常在距離傳感器下游端口3L（L為傳感器長(zhǎng)度）之內(nèi)的管道處測(cè)量?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試最小被壓指標(biāo)為PAP+BP0 P流量計(jì)壓損P0 最高工作溫度下介質(zhì)的飽和蒸汽壓 A、B為系數(shù)是流量傳感器的結(jié)構(gòu)以及

29、介質(zhì)的性質(zhì)而定，一般由實(shí)驗(yàn)得出。 * 要保證被壓，一是將傳感器裝在靠近泵出口側(cè)，或裝在上升管道的較低部位來(lái)測(cè)液體，而且流量計(jì)下游上升管道的高度應(yīng)不低于2m（視介質(zhì)的密度而定），二是上升管道的下游側(cè)不得有同樣長(zhǎng)或稍短的下降管道，以保證流體上升時(shí)產(chǎn)生的靜壓不被回降時(shí)抵消。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試*在測(cè)量易揮發(fā)的液體時(shí)，如液化氣、溶劑等，CMF必須安裝在壓力大于該液體飽和蒸汽壓處，表前最好不加帶節(jié)流性質(zhì)的元件。如果必須加應(yīng)遠(yuǎn)離CMF。 * 由于液體達(dá)到其飽和蒸汽狀態(tài)還受 溫度變化的影響，因此CMF應(yīng)安裝 在遠(yuǎn)離高溫源的地方。另外要避免 陽(yáng)光直接照射。 圖4.4.1

30、靜壓被抵消的情況 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試* 在測(cè)量易揮發(fā)液體的整個(gè)系統(tǒng)中，如果工藝條件允許的話，應(yīng)盡量減少阻力件（如彎頭、縮管、閥等），避免壓力損失過(guò)大，保證系統(tǒng)壓力。同時(shí)管道采取保溫遮光的辦法，避免溫度變化所產(chǎn)生影響。 總之要防止系統(tǒng)壓力低于流體的飽和蒸汽壓，即液體蒸發(fā)汽化壓力，該汽化壓力使液體開(kāi)始沸騰，而產(chǎn)生氣化現(xiàn)象，使CMF不能正常工作。 b、 避免電磁干擾和射頻干擾 若裝在大電機(jī)、射頻發(fā)送器、變壓器、大功率電開(kāi)關(guān)等附近，傳感器中測(cè)量管的自激諧振動(dòng)會(huì)受到干擾，而且檢測(cè)器檢測(cè)出來(lái)的微弱信號(hào)也可能被淹沒(méi)在干擾信號(hào)中。 另外，連接儀表各部分的電纜的走線也不要覆

31、蓋在這些可能產(chǎn)生干擾的設(shè)備上面，或是靠近。也不要靠近高壓供電電纜。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試 c、避免振動(dòng)的影響 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)都決定了外界振動(dòng)對(duì)它會(huì)造成影響。*若需要在管線振動(dòng)大的地點(diǎn)安裝小口徑流量計(jì)，可在流量計(jì)的進(jìn)出端用軟管連接，并將流量計(jì)本身固定在堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定的基礎(chǔ)或減振板上。*若需要在這種管線上安裝大口徑流量計(jì)，有時(shí)要用膨脹節(jié)來(lái)消振，但必須在膨脹節(jié)與傳感器之間加裝帶有堅(jiān)固支撐的短接，否則，由于管道的伸縮造成附加應(yīng)力，致使流量計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)。*若傳感器需要在同一管線串聯(lián)安裝，應(yīng)特別注意防止由于共振產(chǎn)生的相互影響。它們之間的距離至少應(yīng)大于傳感器長(zhǎng)

32、度的3倍?；蛟趦膳_(tái)傳感器之間加裝軟連接。 *在相鄰兩條管線上并聯(lián)安裝兩臺(tái)傳感器時(shí)，也要注意保持兩者之間的距離，防止產(chǎn)生相互影響。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試d、危險(xiǎn)場(chǎng)所的安裝*易燃易爆場(chǎng)所采用防爆類(lèi)型儀表*腐蝕環(huán)境所有部件和電纜必須是抗腐蝕的*低溫、高溫環(huán)境儀表的工作范圍要符合要求e、露天安裝要防止雨水從傳感器、變送器的接線孔滲入。 f、信號(hào)傳輸電纜長(zhǎng)度的限制 一般情況下，變送器及二次儀表都安裝在安全區(qū)，也有一些直接在室內(nèi)。由于信號(hào)傳輸?shù)囊?，儀表都強(qiáng)調(diào)要采用專(zhuān)用電纜,而且專(zhuān)用電纜最長(zhǎng)限制在1501000m之間。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝

33、和調(diào)試 g、流場(chǎng)分布從優(yōu)原則雖然CMF沒(méi)有安裝直管段的要求，但是如果有條件還是在其前保持一定的直管段為好。尤其在流速較高的情況下，表前的突然節(jié)流可能會(huì)造成空化和液體的噴泄。不僅會(huì)影響CMF的正常工作，而且還可能導(dǎo)致儀表的損壞。 h、其他注意事項(xiàng)*測(cè)量液體介質(zhì)，特別是易汽化的液體或含有少量氣體的液體介質(zhì)時(shí)，應(yīng)把傳感器安裝在管道的較低處，而不是安在最高處，以防止夾雜氣體在測(cè)量管中聚集而導(dǎo)致測(cè)量誤差。*測(cè)量氣體介質(zhì)，特別是非干燥氣體或在高壓下易液化的氣體介質(zhì)時(shí)，應(yīng)把傳感器安裝在管道的較高處，而不是安在最低處，以防止液體在測(cè)量管中聚集而影響測(cè)量準(zhǔn)確度。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安

34、裝和調(diào)試 （2） 傳感器安裝方式的選擇 傳感器的安裝一般分為垂直安裝和水平安裝兩種方式。傳感器安裝方式應(yīng)依據(jù)被測(cè)流體的類(lèi)型和傳感器自身結(jié)構(gòu)加以選擇。 a、 垂直安裝 *直管型傳感器無(wú)論測(cè)量什么介質(zhì)都適合。 *彎管型傳感器“U”型和S型可以； 在測(cè)量非干燥氣體、含有少量氣體的液體以及含有固 體顆粒的漿液時(shí)，“”和三角型不適合。 *在垂直管道安裝時(shí)，要保證測(cè)量管充滿介質(zhì)。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試要選擇在上升垂直管道的最下段部位安裝CMF。如圖4.4.2所示： 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試 因條件所限，CMF只能安裝在下流向管道時(shí)，在CMF下游必須安裝孔板，以保證測(cè)量總是滿管狀態(tài)。否則，會(huì)因不能完全充滿而產(chǎn)生氣體，影響測(cè)量精度，甚至造成CMF不能起動(dòng)運(yùn)行。 同時(shí)在孔板后面要安裝截止閥，以保證進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。如圖4.4.3所示：科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試科里奧利質(zhì)量流量計(jì)安裝和調(diào)試 b、 水平安裝* 直管型傳感器和彎管型傳感器都適合。 * 在平行管道安裝時(shí)，CMF要低位安裝（如圖4.4.4），因?yàn)樵诠苈犯呖仗?，容易聚集空氣?因條件所限，CMF只能 安裝高位平行管段時(shí)， 在CMF后側(cè)要加裝孔板。 且在CMF前高