质量流量计原理与应用
质量流量计原理与应用
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&&&&在化工生产过程中，对流量、温度、压力的测量是必要的，其中对流量测量的方法有很多。目前测量流量的仪表有节流式流量计，容积式流量计，电磁流量计，超声波流量计等，这些流量计直接测量的是体积流量，而有些工况中需要知道的是质量流量，这就需要通过体积、密度来换算出质量，非常麻烦。而科里奥利流量计是真正意义上直接测出质量流量的流量计。
&&&&在化工生产过程中，对流量、温度、压力的测量是必要的，其中对流量测量的方法有很多。目前测量流量的仪表有节流式流量计，容积式流量计，电磁流量计，超声波流量计等，这些流量计直接测量的是体积流量，而有些工况中需要知道的是质量流量，这就需要通过体积、密度来换算出质量，非常麻烦。而科里奥利流量计是真正意义上直接测出质量流量的流量计。
&&&&1 科里奥利质量流量计的结构与原理
&&&&1.1 科里奥利质量流量计的结构
&&&&质量流量计是由传感器，变送器及数字指示累积器三部分组成。传感器是根据科里奥利效应制成的，由测量管、电磁驱动器、和电磁监测器等三部分组成（图1）。图1使用
图1 质量流量计传感器结构图
&&&&1.2 科里奥利质量流量计的原理
&&&&1.2.1 质量流量的检测
&&&&电磁驱动器使测量管以其固有频率振动，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，该力使测量管震荡而发生扭曲，这一扭曲现象被称为科里奥利现象。根据牛顿第二运动定律F=ma，测量管扭曲量的大小是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力的反作用，产生进口和出口的相位差。当流体流量为零时，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（图2），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再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模拟信号或一定范围的频率信号2种形式输出。
图2 质量流量计中的科里奥利力
&&&&1.2.2 密度的测量
&&&&按照弹性模数的理论，弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频率成反比。将其理论引入密度的测量。整体质量（测量管和内部介质之和）越大，其振动频率就越小。通过检测已知密度（例如标准状态下的水和空气）的介质流经测量管时的频率，可以得到密度与频率之间的线性关系。然而通过测量振动频率实现其密度的测量。
&&&&式中：fR=谐振频率；
&&&&mt=测量管质量；
&&&&mfl=流体质量；
&&&&&fl=流体密度；
&&&&c=常数。
&&&&1.2.3 温度的测量
&&&&温度测量是通过内置在腔室的Pt100热电阻实现的。
&&&&2 质量流量计的应用
&&&&随着企业对产品质量生产安全的重视使用质量流量计的工况和数量越来越多。现举例说明：
&&&&（1）沈阳化工股份有限公司在测量低沸塔加料流量时一直存在流量不精确、容易堵塞、维护量大等问题。经与工艺、操作人员商讨，在2009年进行的PVC分厂精馏工艺改造项目中，将原有的容积式流量计改换为质量流量计，至今该质量流量计运行良好。
&&&&（2）在传统设计离子膜烧碱项目中，用电磁流量计、浓度计、压力温度等仪表测量成品碱的浓度和流量，而化工部长沙设计研究院沈阳分院在最近项目中此环节用质量流量计取代，从而为甲方节约了成本，提高了生产的稳定性。
&&&&（3）在江西星火离子膜烧碱装置扩改项目中，将原有手动液氯装车系统改进为自动充装系统。其中质量流量计对质量流量的精确测量是实现自动控制的关键。
&&&&（4）目前炼油行业对外结算环节等都使用的是质量流量计。
&&&&3 质量流量计在应用中的优势
&&&&从多年的使用和维护情况来看，质量流量计具备以下优点：
&&&&（1）精度高：直接测量质量流量，有很高的测量精确度。与被测介质的其他参数如密度、温度、压力、黏度和流动状态无关，有很高的测量精确度。
&&&&（2）应用范围广：可测量流体范围广泛，包括高粘度液体、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。与传统的差压式、容积式流量计相比范围更广，限制较少。
&&&&（3）维护量低：测量管的振幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件和活动件。不必担心杂质堵卡、蒸汽破坏，大大减少了人力成本。
&&&&（4）安装工况要求低：对流体流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求。
&&&&（5）可做多参数测量：如同期测量密度，并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度。
&&&&4 质量流量计在应用过程中的局限及解决方案
&&&&（1）由于质量流量计对外界振动较为敏感，容易造成零点漂移和对密度测量的不准确。所以在安装时，大口径流量计应在传感器两侧加支撑，小口径流量计应尽可能使用软管连接，减小外界振动对仪表的影响。
&&&&（2）不能用于测量低密度介质和低压气体；液体中含气量超过某一限制会显著影响测量值。
&&&&（3）测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度。在测量强磨蚀性浆液最好选用单直管型并且要使测量管处于垂直位置，以免管壁磨损不匀，缩短使用寿命。然而管壁厚度变薄会降低测量管刚性而改变流量测量值，因此在这种场所的运行初期要定期检测，确认使用周期。在易产生测量管内壁结构结垢或漂移沉积的管道上，安装的流量计要定期清洗。
&&&&（4）压力损失较大，与容积式仪表相当，有些甚至比容积式仪表大100%。
&&&&（5）质量流量计价格昂贵。需要对其精心维护，应配备稳压电源，保证精确度及仪表的安全。
&&&&5 结束语
&&&&科里奥利质量流量计的发明是科技界苦苦求索几十年的结果，它的问世带来了流量测量技术的一次深刻革命。随着其国产化的进程，价格的的下降，将得到更加广泛的应用。
&&&&参考文献：
&&&&[1]许秀.科里奥利质量流量计原理及其应用[J].工业仪表与自动化装置，2005，02.
&&&&[2]朱毅.质量流量计的应用体会[J].石油化工自动化.1999（3）.
&&&&[3]HG/T化工自控设计规定[S].
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