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质量流量计工作原理

2017/5/27 11:42:54点击次数:
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质量流量计工作原理

科氏质量流量计是质量流量直接式测量方法的一种流量测量装置,它能够高准确度的直接测量管道内流体的质量流量,而且稳定度高,可靠性好,量程比大, 又适合应用于高粘度流体,已经受到各方面用户的青睐,成为目前研究最多、最有前途的直接式质量流量测量仪器。




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下面结合图1简要地说明科氏质量流量计的工作原理:

图1(a)描述了传输流体的直管的运动。直管在力FE的作用下以一定的激励频率发生振荡运动。S1和S2是两个传感器,用于获得测量信号。

图1(b)所示,当管内的液体开始流动时,在科氏力FC的作用下,直管也会产生一个振荡,且该振荡和流过的质量流量成正比。通过传感器检测管子的合成振动就可以得到流体的质量流量。


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图2为典型的科氏质量流量计的装置。

该装置有两只测量管、传感器、激励器组成。

图2中没有展示的是科氏质量流量计的另外两个组成部分外壳和用于信号处理、供电、输入输出控制的电子设施。一般商用的科氏质量流量计采用磁铁和线圈来提供驱动力以产生振动。其振幅很小,往往只有几十毫米。为了减小外部干扰,系统使用两根反向振动的管子来平衡,或者是在一根管子上加装特殊的平衡系统。由于管子的振幅很小,所以测量装置对外部干扰非常敏感。为了减少环境的影响和稳定零点的健壮测量,测量系统必须有准确的平衡。平衡系统越好则测量系统与环境干扰的解耦也越佳。如果没有足够的平衡系统,内部的振动可能会传递到环境中去,并导致测量的不稳定。


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科氏质量流量计的驱动电路产生特定驱动脉冲让管子以一定的幅度振动。当流体的性质发生改变时,驱动电路必须能快速响应。比如当流体中混入气泡时,阻尼会迅速增加,这要求系统迅速提供更多的激励能量,以保证振荡幅度平稳。 激励频率要和系统的谐振频率一致,这要求驱动电路不仅能控制振荡幅度,还要能控制振荡频率。科氏质量流量计的动态响应性能在一些应用如快速控制操作、周期流量波动、快速批灌是十分重要的因素。


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传感器获得的是微弱的正弦信号,其在进一步的信息处理前需要进行放大。所用到的放大器要有很大的带宽以减小额外的零点误差。在科氏质量流量计的相位差测量中。幅值比测量法和时间差的直接测量法,主要是依靠模拟电路来实现,可称为模拟式的。模拟电路的稳定性较差。易受环境温度等因素的影响,最终影响到其计量精度。采用傅里叶变换算法,辅以锁相环技术,使用双通道高速高精度的A/D芯片对两路传感器信号同步采样后.以数字信号处理器DSP为运算核心,实时精确地计算出两路信号的相位差和频率,从而得到流体的质量流量和密度等信息,实现了从模拟式到数字式的转变。与传统的模拟式的相比.减少了模拟电路对相位差测量的影响。采用傅里叶算法把信号从时域变换到频域进行频谱分析,可以对信号更加准确、有效、快速地分析与处理,有效地抑制了高次谐波和噪声的干扰,提高了相位差和频率的测量精度,进而提高了科氏质量流量计的计量精度。


科氏质量流量计的特点:


1)其抗腐蚀,抗污,防爆,耐磨等问题已经满意地得到解决,因此可以测量范围广泛 的介质,如油品,化工介质,造纸黑液,浆体,气体,固体颗粒的流体以及高粘度的物体.

2)管道内无障碍物,无可动部件,故障因素少,便于清洗,维护和保养.

3) 安装简便, 各种尺寸的传感器管子的进出口方向可随意调动安装: 调整, 使用方便, 不必配置进出口的直管段.

4)能较容易地测量多相流体.

5)多参数测量,在测量质量流量的同时,可以同时获取体积流量,温度及密度等;对 于影响量,如压力,温度,密度和粘度以及流速分布等不敏感.


近十几年来,人们对科氏质量流量计的兴趣在稳步增加。科氏质量流量计在食品、饮料、化工、制药、石油、天然气等行业获得了广泛的应用。随着人们的关注,科氏质量流量计的性能也在不断地发展。其最大的优点是能够直接地测量质量流量,而其他的仪器只能测量体积流量。科氏质量流量计的高精度、宽量程、重复性也是其在工业领域中获得广泛地应用和快速地发展的进一步原因。