流量仪表系列：质量流量计

　　一、质量流量计的分类质量流量计可分为间接式和直接式两类：1、间接式质量流量计。它是通过测量体积流量和流体的密度等参数经计算(通常称补偿)得出的质量流量，主要的补偿方法：1)压差-密度计补偿法;2)流速-密度补偿法;3)压差-流速补偿法。他们共同特点是有两个检测元件，两台变送装置。2、直接式质量流量计。它是通过直接测量流束动量而得到质量流量，直接式质量流量计按测量原理主要有科里奥利质量流量计(CMF)和热式质量流量计(TMF)，目前应用较广泛的质量流量计是科里奥利质量流量计，这里主要介绍其原理、结构、设计中注意事项等。

　　二、科里奥利质量流量计测量原理间接式质量流量计体积流量的测量原理在前述的文章已做过介绍，其补偿的方法请大家参阅相关资料;热式质量流量计由于应用较少，其测量原理也请参见相关资料，均不再赘述。本文主要介绍应用较为广泛的科里奥利质量流量计的测量原理。在一个旋转系内作朝向或远离中心运动的质点(见图)将产生一个惯性力，质点感受两个分量的加速度及其力：图：科里奥利力1、法向加速度ar(向心加速度)，其量值等于ω2r，方向朝向P轴;2、切向加速度at(科里奥利加速度)，其量值等于2ωv，方向与ar垂直。在at方向上质点作用着科里奥利力FC=2ωvm，管道对质点则作用着一个反向力FC=-2ωvm。当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度v流动时，任何一段长度为Δx的管道都将受到一个大小为ΔFC的切向科里奥利力：

　　式中，A为管道内横截面面积。设质量流量为δm，则：故：所以只要能直接或间接地测量在旋转管道中流动的流体的科里奥利力，就可测得质量流量，这就是CMF的工作原理。

　　三、科里奥利质量流量计分类与结构1、分类科里奥利质量流量计以形成系列产品，它们有几种分类方法，下面介绍两种常用的分类方法。(1)按测量管形状分类弯曲形。弯曲形状有多种多样：Ω字形，S字形，J字形，圆环形，长圆环形等，弯曲刚度较直管小，因而可采用较厚的管壁，仪表性能受腐蚀影响小。直形。直形不易积存气泡及浆液等固体颗粒，传感器尺寸较弯曲形小，重量轻，但管壁相对较薄，性能受腐蚀影响大。(2)按测量管段数分类单管型。初期开发的产品为单管型，因受外界振动干扰的影响，后期开发的多位双管型。双管型。对外界振动干扰影响较不敏感，易实现相位差测量。2、结构。CMF由流量传感器和转换器两部分组成，测量管固定在两端支架，中间有一电磁激励系统，它使测量管发生一定的频率的振动，检测探头安装于测量管的两端。检测信号送至转换器后变成与质量流量成正比的标准信号。

　　四、主要特点

    1、科里奥利质量流量计直接测量质量流量，有很高的测量精确度，测量值不受流体物性影响，如流体的密度、粘度等变化对测量值影响甚微;

    2、可测量流体范围广泛，可测量各种流体，包括其他流量计无法测量的如含有微量气体的液体，可用于密度较高的中高压气体，但不能用于低密度气体和低压气体的测量;

    3、测量管的振幅微小，可视作无活动件，无阻碍件，可测量各种非牛顿流体以及粘滞的含有颗粒的浆料;

    4、测量值不受管道内流体状态的影响，因而无上下游直管段要求;

    5、可做多参数测量，如同期测量介质的密度、温度。由于变送器是以芯片为核心的智能仪表，因此可根据上述三个基本量而导出十几种参数供用户选择使用，如由此可测量溶液中溶质所含的浓度;

    6、科里奥利质量流量计因零点不稳定而形成零点漂移，影响其精确度的进一步提高;

    7、测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度，尤其对薄壁管测量管的科里奥利质量流量计更为显着。

    8、价格昂贵，国外价格5000 ～10000美元一套，有的价格可能更高，是同口径其他流量计的许多倍，拿同等口径的电磁流量计比较，在2～ 8倍之间。  

    五、设计中注意事项

    1、零点漂移是人们对科里奥利质量流量计的一个关注点，工程设计时正确的仪表选型与安装，这决定所选仪表能否满足工艺要求，也可最大限度的降低零点漂移，设计选型时应认真阅读产品说明书，选择适合工艺条件的流量计和设计正确的安装方法;

    2、科里奥利质量流量计不能用于测量低密度气体介质和低压气体;液体中含气量超过某一限制时会影响测量值，设计时应加以关注;

    3、科里奥利质量流量计对外界振动干扰较为敏感，设计时要与工艺专业密切配合，尽量把质量流量计安装在无振动的环境，若有不可避免的震动，对引起震动的管道、基础等采取防震动措施，并对科里奥利质量流量计的流量传感器安装作防震固定。

    4、为保证测量精确度，流量传感器内不存积气体或液体残值，对于弯管型流量计，测量液体，弯管应朝下，测量气体时，弯管应朝上。测量浆液或排放液时，应将传感器安装在垂直管道，流向由下而上。对于直管型流量计，水平安装时应避免安装在最高点上，以免气团存积。连接传感器和工艺管道时，一定要做到无应力安装，特别对某些直管型测量管的流量传感器更应关注;

    5、由于科里奥利质量流量计价格昂贵，设计时应根据项目的概预算及使用场合的必要性进行选型，如果不是用在严格的配料控制或贸易结算等场合，可考虑选择间接式质量流量计或其他类型的仪表。