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科里奧利質(zhì)量流量計的概述及工作原理

點擊次數(shù):2817 發(fā)布時間:2016-06-06 00:47:20

1、科里奧利質(zhì)量流量計的概述

科里奧利質(zhì)量流量計,簡稱科氏流量計或CMF。科氏流量計是利用流體在振動管中流動時產(chǎn)生的科里奧利力,而科里奧利力又與質(zhì)量流量成正比這個原理來實現(xiàn)對質(zhì)量流量測量的儀表。
科氏流量計以可直接測量管道內(nèi)流體的質(zhì)量流量,計量精確度高,工作性能穩(wěn)定可靠,適用的流體介質(zhì)面寬,而被廣泛用于石油、化工、冶金、制藥、造紙、食品和能源等行業(yè)工藝過程的檢測控制以及貿(mào)易計量結(jié)算等場合。

2、科里奧利質(zhì)量流量計的工作原理

科里奧利(Coriolis)是法國物理學家。經(jīng)過科里奧利的研究發(fā)現(xiàn):當一個質(zhì)點相對于慣性系做直線運動時,相對于旋轉(zhuǎn)體系,其軌跡是一條曲線。立足于旋轉(zhuǎn)體系,他認為有一個力驅(qū)使質(zhì)點運動軌跡形成曲線,這個力就是科里奧利力。
科里奧利力廣泛用于氣象、水力、海洋研究、人類工程學、導彈軍事等不同的領域,當然還包括質(zhì)量流量的測量。
人們利用科里奧利力的原理設計了用于對質(zhì)量流量進行測量的儀表。
科氏質(zhì)量流量計是利用當被測量的流體通過一個振動中的測量管,流體在管道中的流動相當于直線運動,測量管受振動時會產(chǎn)生一個角速度,由于振動是受到外加電磁場驅(qū)動的,有著固定的頻率,因而流體在管道中產(chǎn)生的科里奧利力僅與其質(zhì)量和運動速度有關,而質(zhì)量和流速的乘積就是需要測量的質(zhì)量流量,因而通過測量流體在管道中受到的科里奧利力,便可以測量其質(zhì)量流量。
如圖8-3所示,當一質(zhì)*為δm的質(zhì)點,在以勻速μ圍繞旋轉(zhuǎn)軸P,以角速度ω旋轉(zhuǎn)并延軸向運動,這個質(zhì)點將獲得兩個加速度。
科里奧利質(zhì)量流量計的工作原理圖
圖中:αr----法向加速度;
     αt----切向加速度;又稱科里奧利加速度。
為了使質(zhì)點具有科里奧利加速度αt,就需要在αt方向施加一大小等于2ωμδm,方向相反的力Fc,這個Fc稱之為科里奧利力,其大小等于:
Fc=2ωμδm
從圖8-3可以看到,當密度為ρ的流體以恒定流速μ旋轉(zhuǎn)流動時,任一段長度△X的管道將受到一個大小的△Fc的切向科里奧利力,其大小等于:
△Fc=2ωμδA△X
式中,A為管道的橫截面積。
由于質(zhì)量流量qm=δμA,將式(8-2)代入該式則可得:
科里奧利質(zhì)量流量計工作原理公式
式中qm----質(zhì)量流量;
    △Fc----科里奧利力;
    ω----流體旋轉(zhuǎn)角速度;
    △X----單位長度。
從式(8-3)中可以知道,當ω,△X為常數(shù)時,質(zhì)量流量與單位長度上受到的科里奧利力△Fc成正比。只要能直接或間接地測量出△Fc,就能測得流經(jīng)管道的質(zhì)量流量。
但是,在實際測量中,要使流體流經(jīng)管道時圍繞以P軸以角速度ω旋轉(zhuǎn)顯然是不切實際,但經(jīng)過幾年的實踐和探索,人們發(fā)現(xiàn)使管道以P軸為軸心產(chǎn)生一定頻率的上下振動,也能使管道內(nèi)壁產(chǎn)生相應的科里奧利力.這種管道又稱為振動管。

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