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科里奧利質(zhì)量流量計(jì)由特殊材料設(shè)計(jì)提供流量信息和輔助功能
來(lái)源：上海自動(dòng)化儀表有限公司作者：發(fā)表時(shí)間：2018-09-28 09:17:00【小中大】
這是法國(guó)工程師古斯塔夫·科里奧利首先指出，由于地球向東旋轉(zhuǎn)，在地球表面移動(dòng)的所有物體傾向于側(cè)向漂移。在北半球，偏轉(zhuǎn)位于運(yùn)動(dòng)的右側(cè)；在南部，它在左邊。這種漂移在海洋的潮汐活動(dòng)和地球的天氣中都起著主要作用。
因?yàn)槌嗟郎系囊粋€(gè)點(diǎn)每天的軌跡比靠近兩極的點(diǎn)要大，所以朝向任何一個(gè)極點(diǎn)的一個(gè)物體將向東移動(dòng)，因?yàn)樗ㄟ^(guò)較慢的旋轉(zhuǎn)表面時(shí)保持較高（向東）的旋轉(zhuǎn)速度地球。這種漂移被定義為科里奧利力。
第一批工業(yè)科里奧利專利可追溯到20世紀(jì)50年代，建于20世紀(jì)70年代。這些流量計(jì)人為地將科里奧利加速度引入流動(dòng)的流中，并通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)生的角動(dòng)量來(lái)測(cè)量質(zhì)量流量。
當(dāng)流體在管道中流動(dòng)時(shí)，通過(guò)機(jī)械引入管道內(nèi)的明顯旋轉(zhuǎn)而受到科里奧利加速度的影響，由科里奧利慣性效應(yīng)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力的大小將取決于流體的質(zhì)量流率。如果一個(gè)管道在液體流經(jīng)它的位置（朝向或遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心）繞一個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，則該流體將產(chǎn)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?qǐng)D，顆粒（dm）以管（T）內(nèi)的速度（v）行進(jìn)。管圍繞固定點(diǎn)（P）旋轉(zhuǎn)，并且粒子與固定點(diǎn)之間的距離為一個(gè)半徑（r）。在兩個(gè)加速度分量下，粒子以一個(gè)角速度（w）運(yùn)動(dòng)，一個(gè)朝向P的向心加速度和一個(gè)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?？评飱W利加速度（at），必須由管產(chǎn)生（dm）的力。流體粒子以相等且相反的科里奧利力對(duì)此力作出反應(yīng)：
Fc = at（dm）= 2wv（dm）
然后，如果過(guò)程流體具有密度D并且在橫截面積A的旋轉(zhuǎn)管內(nèi)以恒定速度流動(dòng)，則長(zhǎng)度為x的管的一段將經(jīng)歷如下量值的科里奧利力：
Fc = 2wvDAx
由于質(zhì)量流量為dm = DvA，科里奧利力Fc = 2w（dm）x，最后：
質(zhì)量流量= Fc /（2wx）
這就是流動(dòng)流體對(duì)旋轉(zhuǎn)管施加的科里奧利力的測(cè)量如何提供質(zhì)量流量的指示。自然地，在制造商用流量計(jì)時(shí)旋轉(zhuǎn)管是不實(shí)際的，但是振蕩或振動(dòng)管可以達(dá)到相同的效果?？评飱W利流量計(jì)可以測(cè)量正向或反向通過(guò)管道的流量。
在大多數(shù)設(shè)計(jì)中，管錨固在兩個(gè)點(diǎn)上并在這些錨之間振動(dòng)。
這種配置可以設(shè)想為振動(dòng)彈簧和質(zhì)量組件。一旦運(yùn)動(dòng)，彈簧和質(zhì)量組件將以其共振頻率振動(dòng)，這是該組件質(zhì)量的函數(shù)。選擇此諧振頻率是因?yàn)樾枰钚〉尿?qū)動(dòng)力來(lái)保持充滿的管子處于恒定的振動(dòng)狀態(tài)。科里奧利演化與科技第一代科里奧利流量計(jì)由單一彎曲管和薄壁管組成，其中通過(guò)減少與工藝管道相關(guān)的管道橫截面積創(chuàng)建了高流體速度。管畸變是參照固定點(diǎn)或平面測(cè)量的。管以這樣的方式被激發(fā)，即在錨點(diǎn)產(chǎn)生局部的高振幅彎曲力。這導(dǎo)致了嚴(yán)重的振動(dòng)問(wèn)題，這可以通過(guò)雙管設(shè)計(jì)得到緩解。
這些設(shè)計(jì)減少了外部振動(dòng)干擾，降低了振動(dòng)管所需的功率，并最小化離開(kāi)管結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量。一名駕駛員被用來(lái)啟動(dòng)管道振動(dòng)，并使用兩個(gè)傳感器來(lái)檢測(cè)科里奧利偏轉(zhuǎn)。盡管這種設(shè)計(jì)大大提高了性能，但減少內(nèi)徑，薄壁管和高流體速度（高達(dá)50英尺/秒）的組合仍然導(dǎo)致過(guò)早的流量計(jì)故障，包括當(dāng)流量計(jì)用于腐蝕性和腐蝕性時(shí)潛在的災(zāi)難性溢出服務(wù)。此外，未得到回收的水頭損失很高（有時(shí)超過(guò)50 psid），準(zhǔn)確性不足以讓用戶將批處理過(guò)程轉(zhuǎn)換為連續(xù)過(guò)程。
圖：扭轉(zhuǎn)彎曲
圖：支持塊和多個(gè)傳感器
最近的設(shè)計(jì)改進(jìn)包括引入各種新的管形，包括不分流和使用多個(gè)驅(qū)動(dòng)。厚壁管（比早期設(shè)計(jì)厚5倍），采用全孔直徑和重型歧管將管結(jié)構(gòu)與管道連接引起的應(yīng)力隔離開(kāi)來(lái)，以及兼作二級(jí)安全殼容器的流量管殼體都有助于提高性能。
在一些設(shè)計(jì)中，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力取代了彎曲，以防止可能導(dǎo)致管開(kāi)裂的應(yīng)力集中。在其他設(shè)計(jì)中，通過(guò)將管結(jié)構(gòu)橫向于管道安裝，管道振動(dòng)的影響已經(jīng)被最小化。
這些改進(jìn)增加了供應(yīng)商的數(shù)量，并有助于開(kāi)發(fā)與傳統(tǒng)體積流量計(jì)一樣可靠和堅(jiān)固的新一代科里奧利流量計(jì)。新設(shè)計(jì)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(wù)中提供更長(zhǎng)的使用壽命。管子的振動(dòng)遠(yuǎn)低于其耐用極限，通常由不銹鋼，哈氏合金和鈦制成。管道設(shè)計(jì)管道可以是彎曲或直線形式，有些設(shè)計(jì)也可以在垂直安裝時(shí)自行排水。當(dāng)設(shè)計(jì)由兩根平行的管子組成時(shí)，流量由流量計(jì)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(xù)管設(shè)計(jì)中（或串聯(lián)連接的兩個(gè)管中），流量不會(huì)在流量計(jì)內(nèi)部分流。
無(wú)論哪種情況，駕駛員都會(huì)振動(dòng)管道。這些驅(qū)動(dòng)器由連接到一個(gè)管的線圈和連接到另一個(gè)的磁體組成。發(fā)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(yuǎn)離彼此。傳感器可以檢測(cè)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(huì)隨著管子的振動(dòng)而改變它們的相對(duì)位置，從而導(dǎo)致線圈的磁場(chǎng)發(fā)生變化。因此，從線圈輸出的正弦電壓表示管的運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)雙管設(shè)計(jì)中沒(méi)有流量時(shí)，由線圈和磁體驅(qū)動(dòng)引起的振動(dòng)在兩個(gè)傳感點(diǎn)（B1和B2）處產(chǎn)生相同的位移。當(dāng)存在流動(dòng)時(shí)，科里奧利力會(huì)產(chǎn)生二次扭曲振動(dòng)，導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相位差較小。這在傳感點(diǎn)被檢測(cè)到。由科里奧利力引起的管的偏轉(zhuǎn)僅在存在軸向流體流動(dòng)和管振動(dòng)時(shí)才存在。零流量下的振動(dòng)或沒(méi)有振動(dòng)的流量不會(huì)產(chǎn)生儀表的輸出。
管結(jié)構(gòu)的自然共振頻率是其幾何結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)材料以及管組件的質(zhì)量（管的質(zhì)量加上管內(nèi)的流體的質(zhì)量）的函數(shù)。管的質(zhì)量是固定的。由于流體的質(zhì)量是其密度（D）乘以其體積（也是固定的），所以振動(dòng)的頻率可能與過(guò)程流體的密度（D）有關(guān)。因此，流體的密度可以通過(guò)測(cè)量管的振蕩的共振頻率來(lái)確定。 （請(qǐng)注意，密度可以在零流量下測(cè)量，只要管充滿流體并振動(dòng)即可）。
從設(shè)計(jì)到設(shè)計(jì)，壁厚都有很大差異;但是，即使最堅(jiān)固的管道也會(huì)比工藝管道更薄。另外，有些設(shè)計(jì)使用小孔管，大大增加了流速（從5-10英尺/秒到超過(guò)25英尺/秒）。具有薄壁和高流體速度的設(shè)計(jì)（即小孔管）可能需要使用特殊材料，因?yàn)榍治g問(wèn)題。通過(guò)選擇具有最厚壁和最慢流速的設(shè)計(jì)，可以獲得最長(zhǎng)的流量計(jì)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(diǎn)蝕，上海自動(dòng)化儀表股份有限公司科里奧利流量計(jì)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?yàn)榭梢匀萑躺倭康狞c(diǎn)蝕。關(guān)于科里奧利流量計(jì)，即使是少量的點(diǎn)蝕也是不能容忍的，因?yàn)楸诤鼙。c(diǎn)蝕引起管結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力集中。因此，標(biāo)準(zhǔn)腐蝕表（基于重量損失標(biāo)準(zhǔn)）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(yán)格的指導(dǎo)方針。
流量計(jì)設(shè)計(jì)可以在交流或直流電源下工作，并要求電源和輸出信號(hào)分開(kāi)布線?？评飱W利流量計(jì)可以整體安裝或遠(yuǎn)程安裝。變送器控制驅(qū)動(dòng)器的操作并處理并傳輸傳感器信號(hào)。變送器存儲(chǔ)器中的校準(zhǔn)系數(shù)（K）與變送器與特定流量管匹配。該校準(zhǔn)系數(shù)定義了科里奧利力與特定振動(dòng)管的動(dòng)態(tài)彈簧常數(shù)的質(zhì)量流量之間的比例常數(shù)。
流量計(jì)不只是將傳感器輸入轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)。大多數(shù)變送器還提供多種輸出，包括質(zhì)量流量，總質(zhì)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(shù)字輸出以集成到DCS系統(tǒng)中。
流量計(jì)通常配備本地顯示器和小鍵盤(pán)，以便輕松訪問(wèn)過(guò)程數(shù)據(jù)。上海自動(dòng)化儀表股份有限公司科里奧利流量計(jì)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(jiān)測(cè)百分比，粘度，固體百分比，PID，API比重和比重也是可用的。當(dāng)需要粘度信息時(shí)，需要測(cè)量流量計(jì)壓降。其他功能可能需要將信息預(yù)編程到發(fā)送器存儲(chǔ)器中。另外，變送器還有其他硬件和軟件選項(xiàng)，允許用戶將它們定制到應(yīng)用程序中。
圖：具有鍵盤(pán)顯示的科里奧利發(fā)射器
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