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科里奧利質量流量計由特殊材料設計提供流量信息和輔助功能

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2018-09-28 09:17:00【小中大】

這是法國工程師古斯塔夫·科里奧利首先指出，由于地球向東旋轉，在地球表面移動的所有物體傾向于側向漂移。在北半球，偏轉位于運動的右側；在南部，它在左邊。這種漂移在海洋的潮汐活動和地球的天氣中都起著主要作用。

因為赤道上的一個點每天的軌跡比靠近兩極的點要大，所以朝向任何一個極點的一個物體將向東移動，因為它通過較慢的旋轉表面時保持較高（向東）的旋轉速度地球。這種漂移被定義為科里奧利力。

第一批工業科里奧利專利可追溯到20世紀50年代，建于20世紀70年代。這些流量計人為地將科里奧利加速度引入流動的流中，并通過檢測產生的角動量來測量質量流量。

當流體在管道中流動時，通過機械引入管道內的明顯旋轉而受到科里奧利加速度的影響，由科里奧利慣性效應產生的偏轉力的大小將取決于流體的質量流率。如果一個管道在液體流經它的位置（朝向或遠離旋轉中心）繞一個點旋轉，則該流體將產生慣性力（作用于管道），該慣性力將與該管道的方向成直角流。

圖：科里奧利原則

參照圖，顆粒（dm）以管（T）內的速度（v）行進。管圍繞固定點（P）旋轉，并且粒子與固定點之間的距離為一個半徑（r）。在兩個加速度分量下，粒子以一個角速度（w）運動，一個朝向P的向心加速度和一個與ar成正比的科里奧利加速度：

ar（向心）= w2r

在（科里奧利）= 2wv

為了賦予流體顆粒科里奧利加速度（at），必須由管產生（dm）的力。流體粒子以相等且相反的科里奧利力對此力作出反應：

Fc = at（dm）= 2wv（dm）

然后，如果過程流體具有密度D并且在橫截面積A的旋轉管內以恒定速度流動，則長度為x的管的一段將經歷如下量值的科里奧利力：

Fc = 2wvDAx

由于質量流量為dm = DvA，科里奧利力Fc = 2w（dm）x，最后：

質量流量= Fc /（2wx）

這就是流動流體對旋轉管施加的科里奧利力的測量如何提供質量流量的指示。自然地，在制造商用流量計時旋轉管是不實際的，但是振蕩或振動管可以達到相同的效果。科里奧利流量計可以測量正向或反向通過管道的流量。

在大多數設計中，管錨固在兩個點上并在這些錨之間振動。

這種配置可以設想為振動彈簧和質量組件。一旦運動，彈簧和質量組件將以其共振頻率振動，這是該組件質量的函數。選擇此諧振頻率是因為需要最小的驅動力來保持充滿的管子處于恒定的振動狀態。科里奧利演化與科技第一代科里奧利流量計由單一彎曲管和薄壁管組成，其中通過減少與工藝管道相關的管道橫截面積創建了高流體速度。管畸變是參照固定點或平面測量的。管以這樣的方式被激發，即在錨點產生局部的高振幅彎曲力。這導致了嚴重的振動問題，這可以通過雙管設計得到緩解。

這些設計減少了外部振動干擾，降低了振動管所需的功率，并最小化離開管結構的振動能量。一名駕駛員被用來啟動管道振動，并使用兩個傳感器來檢測科里奧利偏轉。盡管這種設計大大提高了性能，但減少內徑，薄壁管和高流體速度（高達50英尺/秒）的組合仍然導致過早的流量計故障，包括當流量計用于腐蝕性和腐蝕性時潛在的災難性溢出服務。此外，未得到回收的水頭損失很高（有時超過50 psid），準確性不足以讓用戶將批處理過程轉換為連續過程。

圖：扭轉彎曲

圖：支持塊和多個傳感器

最近的設計改進包括引入各種新的管形，包括不分流和使用多個驅動。厚壁管（比早期設計厚5倍），采用全孔直徑和重型歧管將管結構與管道連接引起的應力隔離開來，以及兼作二級安全殼容器的流量管殼體都有助于提高性能。

在一些設計中，扭轉應力取代了彎曲，以防止可能導致管開裂的應力集中。在其他設計中，通過將管結構橫向于管道安裝，管道振動的影響已經被最小化。

這些改進增加了供應商的數量，并有助于開發與傳統體積流量計一樣可靠和堅固的新一代科里奧利流量計。新設計可在較低的流體速度（低于10英尺/秒）和較低的壓降（低于12psid）下工作，可以安裝在任何方向，并且在漿液，粘性，腐蝕性或腐蝕性服務中提供更長的使用壽命。管子的振動遠低于其耐用極限，通常由不銹鋼，哈氏合金和鈦制成。管道設計管道可以是彎曲或直線形式，有些設計也可以在垂直安裝時自行排水。當設計由兩根平行的管子組成時，流量由流量計入口附近的分流器分成兩股氣流，并在出口重新組合。在單連續管設計中（或串聯連接的兩個管中），流量不會在流量計內部分流。

無論哪種情況，駕駛員都會振動管道。這些驅動器由連接到一個管的線圈和連接到另一個的磁體組成。發射器向線圈施加交流電，這使得磁體被吸引并被輪流排斥，從而迫使管朝向彼此并遠離彼此。傳感器可以檢測管的位置，速度或加速度。如果使用電磁傳感器，傳感器中的磁體和線圈會隨著管子的振動而改變它們的相對位置，從而導致線圈的磁場發生變化。因此，從線圈輸出的正弦電壓表示管的運動。

當雙管設計中沒有流量時，由線圈和磁體驅動引起的振動在兩個傳感點（B1和B2）處產生相同的位移。當存在流動時，科里奧利力會產生二次扭曲振動，導致相對運動的相位差較小。這在傳感點被檢測到。由科里奧利力引起的管的偏轉僅在存在軸向流體流動和管振動時才存在。零流量下的振動或沒有振動的流量不會產生儀表的輸出。

管結構的自然共振頻率是其幾何結構，結構材料以及管組件的質量（管的質量加上管內的流體的質量）的函數。管的質量是固定的。由于流體的質量是其密度（D）乘以其體積（也是固定的），所以振動的頻率可能與過程流體的密度（D）有關。因此，流體的密度可以通過測量管的振蕩的共振頻率來確定。（請注意，密度可以在零流量下測量，只要管充滿流體并振動即可）。

從設計到設計，壁厚都有很大差異;但是，即使最堅固的管道也會比工藝管道更薄。另外，有些設計使用小孔管，大大增加了流速（從5-10英尺/秒到超過25英尺/秒）。具有薄壁和高流體速度的設計（即小孔管）可能需要使用特殊材料，因為侵蝕問題。通過選擇具有最厚壁和最慢流速的設計，可以獲得最長的流量計壽命，從而可以提供所需的精度和范圍。

考慮到腐蝕或防止點蝕，上海自動化儀表股份有限公司科里奧利流量計可能需要由特殊材料制成。碳鋼或不銹鋼通常可用于工藝管道，因為可以容忍少量的點蝕。關于科里奧利流量計，即使是少量的點蝕也是不能容忍的，因為壁很薄，點蝕引起管結構內的應力集中。因此，標準腐蝕表（基于重量損失標準）不適用于選擇科里奧利管材料，并且必須使用制造商的更嚴格的指導方針。

流量計設計可以在交流或直流電源下工作，并要求電源和輸出信號分開布線。科里奧利流量計可以整體安裝或遠程安裝。變送器控制驅動器的操作并處理并傳輸傳感器信號。變送器存儲器中的校準系數（K）與變送器與特定流量管匹配。該校準系數定義了科里奧利力與特定振動管的動態彈簧常數的質量流量之間的比例常數。

流量計不只是將傳感器輸入轉換成標準化輸出信號。大多數變送器還提供多種輸出，包括質量流量，總質量流量，密度和溫度。模擬和/或脈沖輸出都可用，智能變送器可以生成數字輸出以集成到DCS系統中。

流量計通常配備本地顯示器和小鍵盤，以便輕松訪問過程數據。上海自動化儀表股份有限公司科里奧利流量計不僅提供流量信息和輔助功能。批處理控制功能，Brix百分比或HFCS監測百分比，粘度，固體百分比，PID，API比重和比重也是可用的。當需要粘度信息時，需要測量流量計壓降。其他功能可能需要將信息預編程到發送器存儲器中。另外，變送器還有其他硬件和軟件選項，允許用戶將它們定制到應用程序中。

圖：具有鍵盤顯示的科里奧利發射器

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