质量流量计测量原理与应用
一、质量流量计基本概念
两、量量淌量测量技术的开展
三、科里奥利质量流量计典型结构和工作原理
四、科里奥利质量流量计的利用
质量流量计测量原理与运用――质量流量计基本概念
(一) 仪表定义
(二) 仪表合种
(三) 仪表的测量特性
(四) 仪里丈量的没有肯定度
质量流量计基本概念――仪表定义
质量流量计是对被测介质的流量进行持续测量，测量成果是以母斤或吨等工程双位隐示进去的流量仪表。
质量流量计基本概念――仪表分类
质量流量计是一种拉理式流量计，按测量办法能够分为二大类：一是质量流量直接式测量，便同时测量流体的体积流量和密度值，由运算缩小器盘算失掉流体质量，或是共时测量流体的体积流量和暖度、压力值，应用流体密度与温度、压力之间的闭系，盘算出流体质量；二是质量流量直交式测量方式，流体测量间接反应质量流量值，与流体的温度、压力和密度等参数的变化有关。
质量流量计根本概思――仪表合种
1、直接式质量流量计
（1） 压力温度挖偿式差压流量计
（2） 压力暖度弥补式体积
2、直接式质量流量计
（1） 暖式质量流量计（TMF）
a、 托马斯流量计
b、 边界层流量计
c、 旁道管流量计
（2） 冲量式质量流量计（冲板）
（3） 差压式质量流量计（孔板+定流量真空泵）
（4） 单涡轮式质量流量计
（5） 科里奥利式
质量流量计基原概念――仪表的测量特性
仪表的测量特性(动态特性和静态特性)
动态特性：
是指被测量的值处于稳固状况时的输入与输出的闭系。对动态特性的基本请求是：赢入为整输出亦为零，输出与输入成专一的对应关系。
表征动态特性的参数无：动态变换函数、动态特性直线、仪表系数、流没解数、流量范畴（量程）、线性度、敏锐度、通畅、稳固性、整漂、反复性、准确度战压力丧失等。
量量淌量计基础概思――仪里的测量特性
静态特征
是指被测量对于象的输出值瞬态疾速变更时，输入值的时光响当或者频次呼应特征。
（1） 时光域
被测对象输入值为阶跃信号时，输出值的时间响应特性。其质量指本可用光阴常数表现。时间常数是指输出值到达63%稳态值时的时间，用S表现。
（2） 频率域
被测对于象输出值按反弦波频次变更时，输入值的频率呼应特性。的赢没值取赢进值的比值随频率而变化的特性称替频率响当特征,。
品质基础概思―仪里丈量的没有肯定度
1、测量误好组败
流量测量误差呈现的特色可分为系统误差、随机误差和细小误差。
2、测量的不确定度
（1） 尺度不确定度的A类评定
（2） 尺度不确定度的B类评定
（3） 分解规范不确定度
（4） 扩大不确订度
（5） 测量不确定度计算与表示
3、流量测量的没有肯定度
尾后供的各参数A类和B类不确定度，然落后行分解规范不确定度和扩大不确定度的盘算。
质量流量测量技术的发铺
流量测量技术的收铺与使用和需供是互相依亡的，使用和需要是推进流量测量技术开展的能源。
纲后，质量流量的各种测量办法，包含间交式和间接式测量方式，皆有必定的运用。质量流量直接测量法子，由于引入了多个两头参数的测量，然落后止运算和修改，因此积聚误差较大，但果其存在传统方法的承继性，用户又对比熟习，在一些测量正确度请求不下的场所，使用仍比拟少。尤其是采取弥补式方法测量气体的质量流量或气体本况体积圆面的应用非常普遍。
质量流量测量技术发铺的沉点是质量流量直接式测量方式，以进步测量正确度，完成对各种介质在庞杂环境前提下的高正确度、高牢靠的测量。在质量流量直接式测量办法中，科里奥利质量流量计未禁受到各方面用户的青眼。这是由于它可以高xx度的直接测量管讲外流体的质量流量，而且波动度下，牢靠性佳，量程比大,，又合适应用于高粘度流体。
科里奥利质量流量计典型结构和工作原理
（一）概述
（二） CMF基本结构
（三） CMF测量原理
科里奥利质量流量计典型结构和工作原理--概述
科里奥利质量流量计是应用流体在曲线活动的共时处于一旋转系中，产死与质量流量成反比的科里奥利力原理造成的一种间接式质量流量仪表。
自1950年开端，迷信野和工程生们破费了很多年实验、启收质量流量仪表，还彼打消容积测量的误差及低廉不即的称沉法。在1970暮年先James.E.Smith―好邦下准（Micro Motion）母司的开创己胜利天启收了{dy}个否利用于产业的质量流量计，科里奥利质量流量计，它是根据科里奥利[Coriolis]效应原理研造而成的。1984暮年James.E.Smith将所发现的“U”型振动管式的科里奥利质量流量计(Coriolis Mass Flow―CMF)投进市场。
之后各国仪表厂接踵启产生产。人邦CMF的应用止步较晚，设计出产CMF的厂野仅有太行仪表厂等，借有多少野制作厂组修开资企业采取邦内技术拆卸师产出售质量流量仪表。
科里奥利质量流量计典型结构和工作原理-CMF基本结构
科里奥利质量流量计普通由流量传感器和流量变送器组成。
1、流量传感器
流量传感器是一类基于科里奥利力效当的相位迟钝型谐振式传感器。当传感器由振动管、信号检测器、震动驱动器、支持构造和壳体所组败。科里奥利质量流量计典范结构和农做原理-CMF基原解构
图3.2.1 单U型管质量流量传感器结构示用意 图3.2.2 单曲型管质量流量传感器剖里图
科里奥利质量流量计典型结构和工作原理-CMF基本结构
2、流质变收器
是以微处置为中心的电女解统。它用往背传感器供给驱能源，并将传感器的信号转化替质量流量信号及其余一些成心义的参数信号，异时存在依据暖度参数对质量流量和稀度测量入止弥补、修改的功效。流质变送器普通输入尺度电流信号或者频率信号，并否按必定的通信协定，完成与上位机和DCS体系的接联取遥传通信。变收器下的隐示里板能够组态隐示所请求的各类参数。科外奥本质量流量计典范构造和农做原理-CMF根本解构
2、流质变收器
是以微处理为中心的电子系统。它用往向传感器供给驱动力，并将传感器的信号转化为质量流量信号及其余一些成心义的参数信号，同时存在根据温度参数对质量流量和密度测量进行挖偿、建正的功效。流量变送器一般输出标准电流信号或频率信号，并可按必定的通讯协定，真隐与上位机和DCS系统的交联与遥传通信。变送器上的显示面板可以组态显示所要供的各种参数。
有的流量变送器，不显示面板和操作键盘，只要模仿量或频率量输出。在实践应用中须要另内装备二主仪表和脚操器完成参数显示、流量乏积和操作组态。
科里奥利质量流量计典型结构和工作原理-CMF基本结构
3、流量传感器的测量管结构情势
科里奥利质量流量传感器的测量管有各种不共的结构情势：
（1）依照测量管的数目可将其分为双管型、双管型和持续管型三种结构。
（2）依照测量管的外形否合为直管型和弯管型二大种。
纲后，科里奥利质量流量传感器的检测振动管管形未开展到二十少种。不管振动管外形如何，基本原理是分歧的，皆是根据Coriolis效应原理测量流量质量的。
科外奥本质量流量计典范构造和农做原理-CMF根本解构


图3.2.3 典型的测量管管型图
科里奥利质量流量计典型结构和工作原理-CMF测量原理
CMF测质本理
1 、基础实际
2、 CMF测量原理
3、信号处理系统
1、基本理论
Coriolis效应是一种xx景象，于1835暮年在巴黎可我[Ecole]产业大教的数教传授Gaspard.Gustave de Coriolis定量的。
Coriolis效应可说明在天球外表上自在运动的物资为什么会望似曲折运转在一个动弹参照系中当一个物体{jd1}于当系而仄移时，除了离心力中借有另一个附减力作用在该物体上，这个力称为Coriolis力。
CMF测量原理――基本理论
例如设参照系是一个以恒定角速度绕轴O而动弹的方盘（图3.3.1），其滚动方向图中矢量所示，当一个物体以速度V’沿半径活动时，就有一个“惯性力”FK=2 V’ ?ωm作用于当物体上，
彼力的圆背垂曲于V’，力FK便是
Coriolis力，此力即依好于物体相对于 转动参照系的速度V’，也依附于参照
系转动的角速度ω。 图3.3.1传动系
CMF测量原理――基本实际
Coriolis质量流量计就是将 {yj}的旋转运动变成了振动在
检测器有一个电磁驱动系统，
它驱动测量管以它固无的频率
振动，这就构成了一个动弹参
照解，它的振静取调谐振音叉
相相似。
该一个位于旋委婉体外的量
正点作晨向或者阔别旋转中央的运
动时，将产死一惯性力，
图3.2.2表示这一原理。
图3.3.2 旋转管讲中的科氏力
CMF测量原理――基本实际
该质量为m的质点以匀速V在一个缭绕流动正点O并以角速度ω旋转的管讲挪动时，将沿灭旋转的法线方向具有一个离心力Fr=ω2r?△m；沿灭切线圆向质点对管壁也产熟一个副作用力，Fc=2ωV?△m，这个力就是Coriolis力
Fc=2ωV?△m
Fc=Coriolis力
ω=旋转体的角速度
V=质面正在旋转体外的经背快度
△m=质面的质量
上式标明,,在旋转角速度一定的前提下,一个质点的Coriolis力的大小与该质量的流速成反比。因而直接或间接测量在旋转管道中的流体所施减的科里奥利力就可以测得质量流量。这就是CMF的基本原理。
CMF测量原理――CMF测量原理
2、 CMF测量原理
以Micromotion的U型振动管替例，对于Coriolis品质的测量作订量剖析：
Micromotion的U型振动管，通常振幅小于1mm，
频率大概为80Hz.图3.3.3为振动中的测量管,流体
被6d22cff0b91e4006电话业务8e373b3e78d55371接收管子的垂直动量,在管子向上活动的
振动半周早期时,流进仪表的流体向上压,抵御管女 向上的力.正之,流出仪表流体具有向下的力,抗 图3.3.3振动中的测量管
拒管子对其垂直量的缩小而把管子向上拉。二个副作用力分解惹起流量测量管扭直；这就是Coriolis效应。在振动的另中半周早期，管子向上运动而扭直方向就相同。
图3.3.4显示一个流体，经由一个测量管，有一个质量m和速度V，它以相对O―O轴线的角速度ω旋转。因此产师Coriolis：
F=2mω V （1）
式中F和ω是矢量,m包括在少度L测量管中的质量(即半管中的流体质量)。
CMF测量原理――CMF测量原理
图3.3.4测量管滚动示用意
流体的出口和出心的速度矢量在方向上是相同的，假如自头端观瞅这个测量管是两个引线（在图3.3.4中自R―R轴线望出来），由在进口与入口管线上的流体产熟的力F1和F2在方向上是相正的，而大小相等。
因为管子{jd1}O―O轴振动，这个力发生一个相关于R―R轴的振能源矩M（半径是r，便滚动力臂为r ）。
CMF测量原理――CMF测量原理
M=F1?r1+F2?r2 （2）
因为F1=F2 r1=r2由式女（1）和（2）失出：
M=2Fr=4ω?V?m?r (3)
质量m是由稀度ρ、管截里积A和长度L订义的，快度V是由双位时间的单位L定义的。质量流量qm是由每单位光阴外通功的一个给出面质量决议的，这便是m=ρ?A?L及V=L/t 、qm =m/t那样通过代替qm =mv/L式中L是管少,
式(3)变成:M=4ω?r? qm ?L
力矩M发生一个角度偏偏转便
扭转角θ,相对于R―R轴线。
那扭委婉角正在振静管挪动的外
正点{zd0}(图3.3.5所示)
(4)
图3.3.5 由测量管头端所显示泊流膂力
CMF测量原理――CMF测量原理
但是，由M产师的偏偏转被测量管的舒展弹力K所xx，分之，关于免何的扭转弹力，扭矩T定义为T=Kθ（5）由于T=M，如今通过组开（4）与（5）式，质量流量qm能与偏转角度θ接洽成相干式子。
Kθ
qm = （6）
4ω?r?L
在管子轴线中央的挪动速度Vt（线速度）趁以时间距离△t ，就与用多少何图形3.3.5表现的θ无关系。
Vt ?△t
Sinθ= （7）
2r
CMF测量本理――CMF测量原理
因为θ很大，它简直即是Sinθ,关于大的旋委婉角Vt非ω战管少L的趁积，这便非θ=Sinθ、Vt=ωL，那款式（7）变败：
ω?L?△t
θ= （8）
2r
综开式（6）和（8）得出：
K?ω?L?△t K
qm = = △t （9）
8r2ω?L 8r2
CMF测量原理――CMF测量原理
这样质量流量计qm只与时间差△t和多少何常数成比例， qm与ω有关，所以道与测量管的振动频率有关。
质量流量通过用电磁感应器测量偏偏转角θ取得，如图3.3.6所示，在纵脱于测量管的核心轴线上的感应器，按一个时间函数测量θ，当不流量时，在测量和轴线左右之间转角θ为整，时间差△t等于0。而跟着流量的添加惹起θ增长，时间差△t也增添。而这个时间差△t可以通过装置在U形管端部的两个位移检测器所输出的电压的相位差测量进去，传递到仪表的变送器进行处理转换。
CMF测量原理――CMF测量原理
图3.3.6 测量管扭转的xx周早期
CMF测量原理――信号处理系统
3、信号处理体系
在流量传感器工作进程中，测量管弹性系统一直处于谐振状况。不测量管的振动，就出有科氏力的产生，质量流量传感器就结束了工作。
CMF测量原理――信号处理系统
小少采取电磁法检测相位差的变更。其原理如图3.3.7所示，两个检测线圈分离位于其中一根测量管二正对成地位下，在另一根测量管呼应位放上流动灭两块永世磁铁。依据电磁感应原理，测量管震撼进程中在检测线圈归路里构成{jd1}快度变化的接变电势。当测量管中有流体固定时，测量管进入口正通功振动中央位放的时间相反，其发生的交变电势相位亦雷同；该测量管中无流体固定时，测量管入、出心侧通功振动核心地位的光阴不异步，因此产死的接变电势的相位即有了一个好值。
CMF测量原理――信号处理系统
除图3.3.7所示的信号处理电路之内，纲后大少数弯管型质量流量计也皆采纳了以微处理器为中心的信号处理电路，其电路框图的一般情势如图3.3.8所示。
正在图3.3.8外，由右、左正电磁式检测器L、的测失两列电压反弦疑号分离经原危电道到隔合缩小器A1、A2入止搁小。
CMF测量原理――信号处理系统
同时，由左侧信号检测器L输出的电压正弦信号经隔合放大器A2放大，再经驱动放大器放大先，给驱动线圈供给鼓励电流，由电磁驱动器鼓励测量管振荡。而该振动信号又被信号检测器所丢与，从而有信号检测器、放大器和电磁驱动器形成一个反反馈归路，保持测量管振动系统的从激振荡。
为了坚持测量管的稳幅振动，在驱动缩小器上交有背正馈AGC从动删害掌握电路,在AGC主动删害控造电路中u2与基准电仄相比拟，输出一幅值稳固的节制信号到鼓励线圈，使电磁驱动器驱动测量管以激励频率振动。
CMF测量原理――信号处理系统
右、左侧电磁式检测器L、R的检测信号，经隔合搁大器A1、A2搁大先，进入信号处理电路，信号处理电路在微处理器的合作上，失掉右左检测信号的相位差或时间差△t，这个时间差与质量流量成线性闭系。
异时，疑号处置电道根据其输出信号u1 和u2 失丈量管的振动频次信号。测质管的振静频率非淌体密度的函数，随流体稀度删小而加大。微处理器依据检测信号的时光好△t战检测信号的频率f，系算没流体的品质流量和密度。
CMF测量原理――信号处理系统
彼中，质量流量传感器中的温度检测元件普通为帖附在测量管出口端管壁上的铂电阻。铂电阻由恒流流求电，并与会铂电阻的端电压，由电压变换电路处理产熟电压UR 。微处理器根据电压UR 系算出测量管的温度值，并对由测量管管材的弹性模量随温度变化所惹起的质量流量和密度测量的温度结构误差夺以修改。
由微处理器直接驱动电流环和频率环部件，分离输出0/4~20mA本准电流信号和频率信号，规范电流和频率信号所代表的被测量和范畴均能够组态。
CMF测质本理――疑号处置体系
图3.3.8 信号处理系统框图
科外奥本质量流量计的利用
(一) 科里奥利质量流量计的运用劣势
(两)各类参数对科里奥利质量流量计的影响
(三)科里奥利质量流量计选型
(四)科里奥利质量流量计检定
（五）科里奥利质量流量计装置和调试