一臺質(zhì)量流量計的計量系統(tǒng)包括一臺傳感器和一臺用于信號處理的變送器。Rosemount質(zhì)量流量計依據(jù)牛頓第二定律:力=質(zhì)量×加速度(F=ma)
當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度V在對P軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動時,質(zhì)點(diǎn)受兩個分量的加速度及其力:
(1)法向加速度,即向心加速度αr,其量值等于2ωr,朝向P軸;
(2)切向角速度αt,即科里奧利加速度,其值等于2ωV,方向與αr垂直。由于復(fù)合運(yùn)動,在質(zhì)點(diǎn)的αt方向上作用著科里奧利力Fc=2ωVm,管道對質(zhì)點(diǎn)作用著一個反向力-Fc=-2ωVm。
當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動時,任何一段長度Δx的管道將受到一個切向科里奧利力ΔFc:ΔFc=2ωVρAΔx (1)
式中,A—管道的流通截面積。
由于存在關(guān)系式:mq=ρVA
所以:ΔFc =2ωqmΔx (2)
因此,直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管中流 動流體的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量。
傳感器內(nèi)是U型流量管,在沒有流體流經(jīng)流量管時,流量管由安裝在流量管端部的電磁驅(qū)動線圈驅(qū)動,其振幅小于1mm,頻率約為80Hz,流體流入流量管時被強(qiáng)制接受流量管的上下垂直運(yùn)動。在流量管向上振動的半個周期內(nèi),流體反抗管子向上運(yùn)動而對流量管施加一個向下的力;反之,流出流量管的流體對流量管施加一個向上的力以反抗管子向下運(yùn)動而使其垂直動量減少。這便導(dǎo)致流量管產(chǎn)生扭曲,在振動的另外半個周期,流量管向下振動,扭曲方向則相反,這一扭曲現(xiàn)象被稱之為科里奧利(Coriolis)現(xiàn)象,即科氏力。
根據(jù)牛頓第二定律,流量管扭曲量的大小*與流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量大小成正比,安裝于流量管兩側(cè)的電磁信號檢測器用于檢測流量管的振動。當(dāng)沒有流體流過流量管時,流量管不產(chǎn)生扭曲,兩側(cè)電磁信號檢測器的檢測信號是同相位的(圖3);當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時,流量管產(chǎn)生扭曲,從而導(dǎo)致兩個檢測信號產(chǎn)生相位差(圖4),這一相位差的大小直接正比于流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量。
由于這種質(zhì)量流量計主要依靠流量管的振動來進(jìn)行流量測量,流量管的振動,以及流過管道的流體的沖力產(chǎn)生了科氏力,致使每個流管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)量與振動周期內(nèi)流過流管的質(zhì)量流速成正比。由于一個流管的扭曲滯后于另*管的扭曲,質(zhì)量管上的傳感器輸出信號可通過電路比較,來確定扭曲量。
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